Описан механизм формирования структуры мембран митохондрий

Немецкие ученые выяснили, как происходит формирование сложной структуры митохондриальных мембран. Выяснилось, что помимо образования изгибов, необходимо действие еще по крайней мере двух белков. Один из них «раскрывает» второй, после чего второй присоединяется к месту сочленения внутренней и внешней мембраны, а также меняет форму внутренней мембраны, создавая тубулоподобные структуры, которые в результате становятся кристами. Работа опубликована в Nature Communications.

Митохондрия — двумембранная органелла эллипсоидной формы. Митохондрии являются «энергетической станцией» эукариот, так как в ее мембранах происходит окисление органических соединений и использование высвобождающейся при этом энергии для генерации электрического потенциала, тепла и синтеза «батареек» — АТФ.

В соответствии с широко распространенной теорией симбиогенеза, когда-то давно митохондрии были самостоятельными бактериальными организмами. Симбиоз с ними, начавшийся около двух миллиардов лет назад, обеспечил эукариотам налаженную систему энергосбережения, а им, вероятно, дал взамен защиту и питание. У митохондрий до сих пор осталась собственная ДНК, кодирующая белки, но многие гены они утратили, и существовать самостоятельно они не могут.

Наружная мембрана митохондрий гладкая, имеет толщину около семи нанометров и наполовину состоит из липидов. В ней также имеются порины и ряд ферментов. Она служит, в основном, в качестве ограничивающего от цитоплазмы барьера, а также для транспорта веществ и, например, контакта с эндоплазматическим ретикулумом. Между внешней и внутренней мембраной имеется межмембранное пространство толщиной 10-20 нанометров. Внутренняя мембрана на три четверти состоит из белков, не имеет поринов и несет элементы дыхательной цепи, АТФ-синтазные комплексы и транспортные комплексы. Она образует многочисленные складки — кристы, и за счет этого ее площадь примерно в пять раз больше, чем площадь наружной мембраны. Внутри этой мембраны располагается митохондриальный матрикс.

Структуру двух мембран можно представить как многопальцевую перчатку, вшитую внутрь варежки. До сих пор было не вполне ясно, как именно происходит формирование такого лабиринта. Правильная структура важна не только для работы энергетических систем, но и, например, для деления митохондрий, и нарушения ее ведут к разрыву митохондрий, причем содержимое их может отравлять клетку.

Места, в которых кристы прилегают к внешней мембране, называются «сочленениями крист». Такое сочленение содержит комплекс MICOS, который помимо митохондриальных мембран включает по крайней мере семь белков. Именно он обеспечивают правильное формирование крист.

Два белка, Mic10 и Mic60, по-видимому, являются ключевыми элементами этого процесса, поскольку удаление их приводило к разрушению структуры внутренней мембраны. Было известно, что Mic10 принимает форму изогнутого каркаса, и движется вдоль мембраны, к которой он прикреплен. Именно он, по всей видимости, обеспечивает изгибание крист. Однако роль Mic60 до сих пор оставалась неясна.

Ученые выделили белки комплекса MICOS и рассматривали их взаимодействие с липидными мембранами (липосомами) отдельно от клетки. Оказалось, что Mic60 в свободной форме не прикреплен к мембране, а свернут таким образом, что соответствующее место крепления (сайт) его оказывается недоступным. Этот сайт консервативен у мышей, людей, бактерий, дрожжей, птиц и других организмов, что свидетельствует о его значительном возрасте и, соответственно, эволюционной значимости. При взаимодействии с комплексом MICOS, а именно, с белком Mic19, белок меняет конформацию, и сайт оказывается снаружи. Белок прикрепляется к внутренней мембране в месте ее сочленения с внешней мембраной.

Выяснилось, что помимо межмембранного контакта, он при этом выполняет еще важнейшую роль в формировании структуры крист. Он стабилизирует их изгибы, закрепляя мембраны в пространстве в виде длинных тубул. Такие белки можно представить как резинки, надетые на пальцы перчатки и держащие их на определенном расстоянии друг от друга. В отсутствии Mic19 этого не происходит. Таким образом, система Mic19–Mic60 оказывается необходимой для правильного формирования мембранной структуры митохондрий.

А о том, как митохондриями обмениваются нервные клетки, можно прочитать здесь.

Анна Казнадзей