Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) обнаружили необычный процесс изменения формы митохондрий, который помогает равномерно распределять их ДНК.
Редкое явление, получившее название «митохондриальный перлинг» («жемчужение»), десятилетиями считалось аномалией. В исследовании опубликованном в журнале Science, ученые наконец подтвердили его реальность.
Митохондрии традиционно называют главными электростанциями клетки, так как они непрерывно вырабатывают необходимую для ее жизни энергию. Для выполнения этой сложнейшей функции они несут собственный генетический материал — митохондриальную ДНК, копии которой плотно упакованы в компактные структуры (нуклеоиды). Правильное функционирование клетки требует строго упорядоченного и равномерного распределения этих генетических кластеров.
Любые сбои в распределении нуклеоидов ведут к катастрофическим последствиям для всего организма. Нарушения в работе митохондриальной ДНК напрямую связаны с тяжелыми метаболическими и неврологическими состояниями, включая печеночную недостаточность, энцефалопатию, а также возрастные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и Паркинсона. Однако механизм, обеспечивающий такое идеальное выстраивание генома, долгое время оставался для биологов загадкой.
Чтобы раскрыть эту тайну, исследователи применили комплекс передовых методов визуализации живых клеток, включая микроскопию сверхвысокого разрешения. В режиме реального времени они зафиксировали, как митохондрии внезапно меняют свою обычную гладкую трубчатую форму, образуя равномерные сужения. В эти короткие мгновения структура органеллы становится поразительно похожей на нанизанные на нить бусины или драгоценный жемчуг.
Динамический процесс «жемчужения» может происходить несколько раз в минуту, и именно он отвечает за наведение порядка. Расстояние между образующимися «жемчужинами» идеально совпадает со стандартным расстоянием между нуклеоидами. Крупные сгустки ДНК во время этого процесса физически разбиваются на более мелкие группы, которые затем равномерно оседают в соседних секциях митохондрии. При этом «жемчужины» сохраняют безопасную дистанцию после возвращения к нормальной форме.
Дополнительные тесты показали, что этот элегантный физический процесс запускается при поступлении в митохондрии кальция. Открытие биофизического механизма, который впервые был поверхностно зарисован еще сто лет назад, но ошибочно списан на клеточный стресс, полностью меняет понимание биологии клетки. Эти знания помогут медикам разработать новые стратегии лечения опасных дисфункций, связанных с мутациями митохондриального генома.
Ранее Наука Mail рассказывала о новом методе доставки митохондрий в клетки для лечения нейродегенеративных заболеваний.
