Ученые Фрайбургского университета Альберта-Людвига (Albert-Ludwigs-Universität Freiburg), Германия, открыли в клетках новый сигнальный путь – механизм, позволяющий корректировать транспорт белков в митохондрии в зависимости от метаболического состояния клетки.

Результаты исследования опубликованы в журнале Cell.

Митохондрии являются энергетическими станциями клетки. Они преобразуют энергию, получаемую из питательных веществ, в форму, которую клетка может использовать на множество необходимых метаболических реакций. Кроме того, митохондрии отвечают за запуск апоптоза – запрограммированной смерти клетки. Уже давно известно, что причины возникновения таких болезней как диабет, сердечно-сосудистые заболевания и опухоли могут быть прослежены в дисфункциях этих клеточных органелл. Функции митохондрий связаны примерно с 1000 различных белков, большинство из которых кодируются ДНК ядра клетки и первоначально синтезируются в ее цитозоле. Оттуда они импортируются в органеллу.

Белковая транслоказа наружной мембраны митохондрий (TOM) активно фосфорилируется. Цитозольные киназы регулируют биосинтез и функции TOM-комплекса. Казеинкиназа 2 (CK2) стимулирует биогенез рецепторов TOM. Протеинкиназа А (PKA) ингибирует рецептор Tom70 и импорт метаболических переносчиков. (Рисунок: cell.com)

Группа ученых во главе с профессором Института биохимии и молекулярной биологии (Institute of Biochemistry and Molecular Biology) Фрайбургского университета доктором Крисом Майзингером (Chris Meisinger) установила, что в зависимости от метаболического состояния клетки главные ворота поступления этих белков изменяется цитозольными сигнальными белками, регулирующими, таким образом, поступление белков в митохондрию. Митохондрии являются потомками бактерий и обладают многими их характеристиками и сегодня. Поэтому ученые были долго убеждены в том, что эти органеллы в клетках высших животных функционируют с высокой степенью автономии, вряд ли вообще взаимодействуя с другими клеточными компартментами. Результаты этого исследовательского проекта предполагают, что еще очень многие каналы связи между митохондриями и клеткой ждут своего открытия.

Митохондрии импортируют большое количество кодируемых ядром белков посредством мембранных транспортных механизмов, однако о регулировании препротеиновых транслоказ (preprotein translocases) мало что известно. Мы сообщаем, что главные белковые ворота митохондрий, транслоказа наружной мембраны (TOM-комплекс), фосфорилируется цитозольными киназами – в частности казеинкиназой 2 (CK2) и протеинкиназой А (PKA). CK2 способствует биогенезу TOM-комплекса фосфорилированием двух его ключевых компонентов, рецептора Tom22 и белка Mim1, которые, в свою очередь, необходимы для импорта последующих Tom-белков. Инактивация CK2 снижает уровни комплекса TOM и митохондриальный импорт белков. PKA фосфорилирует Tom70 в условиях отсутствия дыхания, ингибируя, таким образом, активность его рецепторов и импорт митохондриальных метаболических переносчиков. Мы заключаем, что цитозольные киназы оказывают стимулирующее и тормозящее действие на биогенез и функции TOM-комплекса и, таким образом, регулируют поступление белков в митохондрии