Для выполнения своих многочисленных задач клеткам нужна энергия. В энергетических установках клетки, известных как митохондрии, энергия, содержащаяся в нашей пище, преобразуется в молекулу АТФ. Он служит своего рода топливом, управляющим большинством клеточных процессов - от сокращения мышц до сборки нашей ДНК. Профессор Леонид Сазанов и Ирэн Верчеллино стали первыми учеными, которые точно показали, как выглядит белковая сборка, необходимая для этого процесса, в клетках млекопитающих.
Как рыболовный крючок
Используя криоэлектронную микроскопию, метод, который позволяет исследователям рассматривать очень маленькие образцы в их естественном состоянии, первый автор Ирэн Верчеллино и проф. Сазанов показывают точную структуру так называемого суперкомплекса CIII2CIV. Эта сборка белковых строительных блоков прокачивает заряженные частицы, протоны, через митохондриальную мембрану, что необходимо для запуска процесса преобразования энергии в клетках. Таким образом, он выполняет ту же задачу, что и стартерная батарея автомобилей. До сих пор этот суперкомплекс был описан только в клетках растений и дрожжей, где он принимает совершенно другую форму, как теперь обнаружили исследователи. Чтобы понять, как именно работает производство энергии в клетках животных, таких как наши, ученые внимательно изучили клетки мышей и овец и были удивлены.
«Никто не мог предсказать, как поведет себя СКАФ1», - говорит Сазанов. Предыдущие исследования уже показали, что молекула SCAF1 играет роль в сборке двух белковых комплексов, которые вместе образуют суперкомплекс CIII2CIV. Вместо того, чтобы взаимодействовать с двумя белковыми комплексами только на поверхности, молекула проникает глубоко внутрь комплекса III, будучи присоединенной к комплексу IV.«Это похоже на крючок, проглоченный рыбой. Когда он проглочен, он не может выбраться», - объясняет структурный биолог.
Близко, но не слишком
Кроме того, ученые показывают, что суперкомплекс CIII2CIV принимает две разные формы - закрытую и разомкнутую или зрелую. «В закрытом состоянии некоторые части комплекса III все еще отсутствуют, и взаимодействие между двумя комплексами очень тесное», - описывает Сазанов. Однако после полной сборки два комплекса соединяются с помощью SCAF1, не мешая друг другу. «Для выполнения своих задач комплекс III, вероятно, предпочитает быть свободным от помех в своих движениях», - предполагает белорусско-британский ученый.
Собираясь в суперкомплекс, наоборот, ускоряет свои химические реакции, что имеет большие преимущества для животного. Было показано, что мыши и рыбки данио, у которых отсутствует молекула SCAF1, значительно меньше по размеру, менее приспособлены и менее плодовиты. В своем недавнем исследовании Верчеллино и Сазанов описывают роль молекулы в формировании суперкомплекса CIII2CIV, который оптимизирует клеточный метаболизм. Это был последний кусочек головоломки: вместе с предыдущими исследованиями Сазанов и его команда теперь определили структуры всех суперкомплексов в митохондриях млекопитающих. Таким образом, команда закладывает основу для новых методов лечения митохондриальных заболеваний.