Израильские ученые разобрались в работе "электростанций" живой клетки

Ученые из Института Вейцмана вместе с американскими коллегами показали, как сложные белки проникают в митохондрию, чтобы обеспечить ее работу по энергоснабжению клетки.

Митохондрии – клеточные органеллы, которые производят молекулы АТФ и обеспечивают энергией клеточные процессы. Эти органеллы появились более миллиарда лет назад в результате проникновения древней археи в древнюю бактерию. Постепенно митохондрии передали большую часть своих генов клетке-хозяину и теперь зависят от нее: клетка синтезирует нужные митохондрии белки. Но у митохондрии есть своя мембрана и белки, синтезированные в клетке, нужно сквозь это мембрану "протащить".

Десятилетиями ученые считали, что все митохондриальные белки импортируются только после полного завершения их синтеза рибосомами клетки-хозяина. Новое исследование, опубликованное в журнале Cell, показало, что это не так: 20% нужных митохондрии белков импортируются не после полной сборки, а во время синтеза, когда белок еще не сложился в трехмерную форму.

Особенностью белков, импортируемых до завершения синтеза, является их большой размер и сложная структура. Описанная учеными система импорта объясняет, как эти белки проникают в митохондрии через узкие каналы в мембране. Если готовый белок – это "клубок веревки", то он не пройдет через канал. Но если белок протаскивать через канал, не дожидаясь, когда он свернется в клубок, то веревку можно протянуть даже через узкий канал. Эту идею живые клетки и применяют при синтезе белков для митохондрий.

Исследователи выяснили, как клетка определяет, какие белки нужно начинать "протаскивать" в митохондрию еще во время синтеза. Эти белки содержат специальный белковый домен, который при синтезе выходит из рибосомы первым. Как только этот домен появляется, клетка сразу начинает передавать белковую последовательность в митохондрию. В рабочую трехмерную форму (в "клубок") белок укладывается уже внутри органеллы. Это остроумное эволюционное решение позволяет митохондриям сосредоточиться исключительно на энергообеспечении клетки и не отвлекаться на синтез своих белков, даже таких сложных, которые не проходят через мембрану.

Ученые объясняют, что понимание этих механизмов не только раскрывает эволюционные причины развития сложной системы доставки митохондриальных белков, но и открывает перспективы для терапевтических применений.