Международная группа учёных выяснила, как внутриклеточные компартменты совместно защищают клетку от окислительного стресса. Это открытие может изменить наше понимание возрастных заболеваний, таких как диабет и нейродегенеративные болезни.
Исследование опубликовано в журнале Science
В статье описан недавно выявленный механизм взаимодействия между двумя ключевыми компартментами клетки (митохондриями и пероксисомами), который помогает управлять внутренним стрессом и повреждениями. Это подчёркивает ранее недооценённый фактор, необходимый для поддержания здоровья клеток.
В команду исследователей входят учёные из Детской больницы общего профиля (SickKids), Онкологического центра принцессы Маргарет, Университета Далхаузи, Университета Эксетера (Великобритания) и Медицинского университета Вены (Австрия).
Митохондрии и окислительный стресс
Митохондрии часто называют энергетическими станциями клетки, поскольку они генерируют энергию, необходимую для функционирования клеток. В процессе производства энергии в качестве побочных продуктов образуются активные формы кислорода (АФК), которые могут повреждать все части клетки, особенно митохондрии, и способствовать развитию состояния, называемого окислительным стрессом. Этот дисбаланс связан с такими заболеваниями, как диабет, нейродегенеративные расстройства и сердечно-сосудистые заболевания.
Новый механизм защиты митохондрий
Международная группа исследователей под руководством доктора Питера Кима из SickKids обнаружила новый механизм, с помощью которого митохондрии защищают себя от вредного воздействия АФК. Исследование показало, что АФК, генерируемые митохондриями, могут перемещаться в другой компартмент клетки — пероксисомы — через недавно обнаруженную точку контакта между двумя органеллами.
Благодаря этому механизму пероксисомы могут избавить митохондрии от окислительного стресса, действуя как специализированные поглотители АФК, образующихся в митохондриях. Это опровергает устоявшееся представление о том, что клеточная защита ограничена отдельными компартментами, и впервые демонстрирует перемещение АФК между органеллами в качестве механизма защиты.
«Принято считать, что АФК независимо обрабатываются органеллами, но эта работа опровергает это предположение, показывая механизм, с помощью которого пероксисомы напрямую смягчают митохондриальные АФК», — говорит доктор Лаура ДиДжованни, ведущий автор и бывший аспирант в лаборатории Кима.
«Это открытие демонстрирует, что динамика межорганелл активно способствует антиоксидантной защите, представляя новый взгляд на то, как клетки справляются с окислительным стрессом», — добавляет она.
Идентификация белков, участвующих в процессе
Команда определила, что контактная точка образована двумя белками: PTPIP51 на митохондриях и ACBD5 на пероксисомах. Эти белки создают мост, который позволяет АФК перемещаться непосредственно между органеллами, защищая митохондрии и предотвращая повреждение других частей клетки.
Оба белка PTPIP51 и ACBD5 связаны с заболеваниями и ранее были связаны с нейродегенерацией.
Открытие представляет не только потенциальную новую мишень для терапии, но и ставит под сомнение эффективность широко применяемых антиоксидантных терапий. Нацеливание на точное клеточное местоположение, где регулируется уровень АФК, такое как пероксисомы, может стать ключом к разработке более эффективных методов лечения.
«Мы знаем, что нарушение регуляции митохондриальных АФК связано со многими заболеваниями, поэтому идентификация этих белков, которые объединяют две органеллы, даёт нам новую точку входа для изучения того, как мы можем восстановить или усилить этот защитный механизм в клетках», — говорит Ким, старший научный сотрудник программы «Клетка и системная биология» в SickKids и профессор кафедры биохимии Университета Торонто.
«Мы уходим от идеи, что органеллы работают изолированно, и переходим к более интегрированному представлению о том, как они взаимодействуют и координируют свои действия для защиты клетки», — говорит соавтор доктор Майкл Шрадер, профессор Университета Эксетера и эксперт в области биологии органелл/пероксисом.
«Это фантастический пример того, как наше независимое открытие ACBD5 и PTPIP51 в качестве связующих белков эволюционировало в многопрофильное международное партнёрство, и мы считаем, что оно может изменить глобальное понимание того, как взаимодействие и сотрудничество органелл влияют на здоровье человека и болезни», — заключают авторы.