Митохондрии — это части клетки, которые вырабатывают большую часть ее энергии. Поэтому ткани, которым нужно много энергии — например, мышцы и мозг, — особенно чувствительны, если работа митохондрий нарушается. В среднем мозге есть особые нервные клетки — дофаминергические нейроны. Они производят и высвобождают нейромедиатор дофамин.
Дофамин отвечает за мотивацию, движение, настроение и влечение — а значит, клеткам, которые его производят, нужно особенно много энергии. При болезни Паркинсона эти клетки (дофаминергические нейроны) постепенно разрушаются, но точные причины и механизмы этого процесса пока до конца не изучены. Из‑за этого эффективного лекарства от данного заболевания на сегодняшний день не существует.
Высокие энергетические потребности дофаминергических нейронов создают сильную нагрузку на их митохондрии — это может нарушить работу органелл. Напротив, при некоторых формах рака повышенная активность митохондрий усиливает рост раковых клеток. Поэтому важно понимать молекулярные механизмы, поддерживающие баланс между здоровьем митохондрий и устойчивостью к стрессу. Однако из‑за технологических ограничений ученые до сих пор не могли изучать эти процессы внутри клеток с достаточной детализацией.
Международная группа исследователей из Университетского медицинского центра Геттингена решала эти задачи с помощью криоэлектронной томографии — инновационной технологии электронной микроскопии. Метод позволяет получать 3D‑изображения клеток, мгновенно замороженных сверхбыстрым способом. Благодаря этому клетки сохраняются почти в естественном состоянии, а снимки дают почти атомную точность.
С помощью этой технологии ученые выяснили, как митохондрии в стрессовых условиях регулируют процессы: снижают трансляцию белков и усиливают их сворачивание — что критически важно для функциональности белков.
Ключевую роль в этом процессе играет митохондриальный белок теплового шока 60 (mHsp60) — «помощник по сворачиванию» белков. Исследователи детально показали, как mHsp60 адаптируется к стрессу: изменяет структуру и за счет этого повышает свою активность. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Исследователи подвергли клетки человека митохондриальному стрессу — его вызвало химическое вещество, из‑за которого в митохондриях накапливались неправильно свернутые (неактивные) белки. Затем клетки быстро заморозили при температуре около −200°C, чтобы получить изображения методом криоэлектронной томографии — в таком состоянии клетки сохраняются почти в естественном виде.
В ответ на стресс активизировалось образование комплексов mHsp60: эти белки помогают другим белкам правильно сворачиваться, заключая их в защитную бочкообразную структуру. Криоэлектронная томография позволила увидеть, как эти структуры собираются в клетках человека, и показала, что трехмерная структура mHsp60 меняется — благодаря этому он эффективнее сворачивает митохондриальные белки даже в стрессовых условиях.
Таким образом, метод дал достаточно четкое изображение, чтобы изучить ключевые молекулярные механизмы биогенеза митохондриальных белков и проследить их изменения при стрессе прямо внутри клеток.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что отцовские митохондрии способны чинить дефекты ДНК у растений.
