Исследователи из Юго-Западного медицинского центра UT раскрыли механизм, с помощью которого клетки находят и разрушают органеллы, называемые митохондриями, повреждение которых может привести к генетическим проблемам, раку, нейродегенеративным заболеваниям, воспалительным заболеваниям и старению.
Понимание того, как работает этот процесс, потенциально может привести к новым методам лечения для предотвращения определенных заболеваний и даже некоторых аспектов старения, говорит доктор Бет Левин, директор Центра исследований аутофагии в Юго-Западном университете штата Юта и старший автор исследования. опубликовано в Cell. Центр исследования аутофагии - единственный в своем роде в стране - исследует процесс, называемый аутофагией, при котором клетки избавляются от поврежденных или ненужных компонентов.
Митохондрии обычно называют «электростанциями клетки», потому что эти клеточные компоненты работают как крошечная фабрика внутри клеток по преобразованию соединений, таких как сахара, в энергию, которую клетка может использовать.
Но у митохондрий есть и темная сторона: из-за их высокоэнергетической функции, когда они повреждены, они выделяют токсичные химические вещества, называемые активными формами кислорода, в остальную часть клетки, говорит д-р Юнцзе Вей, доцент кафедры Медицина внутренних органов в UT Southwestern и ведущий соавтор исследования.
«Удаление поврежденных митохондрий с помощью аутофагии (процесса, называемого митофагией) важно для клеточного здоровья», - сказал доктор Левин, также профессор внутренней медицины и микробиологии и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза.
Исследователи до настоящего времени сосредоточились на белковых «метках», обнаруженных на внешних мембранах митохондрий, особенно на белке паркине, который прикрепляет эти метки, чтобы объяснить, как деградирующие органеллы клетки, называемые аутофагосомами, нацелены на больные митохондрии, объяснил доктор. Левин, заведующий почетной кафедрой биомедицинских наук имени Чарльза Кэмерона Спрэга. (Аутофагосомы представляют собой двухмембранные везикулы, содержащие клеточный материал, подлежащий деградации в процессе, называемом аутофагией.)
Но ученые Юго-Запада UT, работая с клетками человека и мыши, обнаружили, что рецептор на внутренней митохондриальной мембране на самом деле более важен для направления этих аутофагосом к их добыче.
В ходе исследования исследователи обнаружили, что белок под названием запретин 2 (PHB2) находится на внутренней мембране митохондрий, но обнажается, когда внешняя мембрана больной митохондрии разрывается. Как только происходит разрыв, белок LC3, который скользит по внешней стороне аутофагосомы как наблюдатель, притягивается к PHB2.
Белок LC3 затем присоединяется к PHB2, и аутофагосома переносит свой обреченный груз в лизосому - еще одну органеллу, обнаруженную внутри клеток, - которая действует как крошечный желудок с ферментами для расщепления клеточных отходов.
Вывод исследования о том, что PHB2 имеет решающее значение для нацеливания на митохондрии для аутофагической деградации, является новым, сказал доктор Левин.
Однако, по ее словам, предыдущие исследования связывали присутствие PHB2 с профилактикой рака, эффектов старения, нейродегенерации и воспалений. Таким образом, учитывая эти полезные эффекты для здоровья, имеет смысл, что ключевое действие PHB2 заключается в том, чтобы помочь избавить клетки от повреждающих митохондрий, которые способствуют таким болезненным процессам, сказала она.
«Поняв, как клетки избавляются от поврежденных митохондрий, которые способствуют раку, нейродегенеративным заболеваниям и старению, мы сможем разработать методы лечения для предотвращения этих процессов», - сказал доктор Левин.
Исследование также показало, что PHB2 необходим для рутинной элиминации отцовской митохондриальной ДНК в развивающихся эмбрионах, оставляя только митохондриальную ДНК от матери. Эта работа была проведена на круглых червях, но недавнее исследование, проведенное в другом месте с использованием моделей мышей, показало, что митофагия также используется для удаления отцовских митохондрий у эмбрионов млекопитающих, сказал доктор Вей-Чунг «Дэниел» Чанг, научный сотрудник UT Southwestern и соавтор. первый автор исследования.
Обычно только материнская митохондриальная ДНК передается потомству, сказал доктор Левин. По неизвестным причинам продолжающееся присутствие отцовской митохондриальной ДНК сигнализирует о генетических проблемах или проблемах со здоровьем у потомства.
Еще одно открытие, проведенное UTSW, показывает, что, несмотря на большее внимание ученых к роли белка Parkin в поддержке аутофагии, для работы Parkin необходим PHB2.