Исследователи из Центра трансляционной медицины Университета Темпл и Университета Пенсильвании определили белок, который служит привратником для контроля притока кальция в источник энергии клетки, митохондрии. Без контроля этого источника кальция уровень кальция может резко возрасти, что приведет к сердечно-сосудистым заболеваниям, диабету и нейродегенерации. Результаты, опубликованные в Интернете 25 октября 2012 г. в журнале Cell, добавляют новые важные сведения о внутренней работе митохондрий и могут в конечном итоге помочь ученым лучше понять и нацелить определенные клеточные процессы, которые пошли наперекосяк, что приведет к новым методам лечения болезней.
"Кальций имеет решающее значение для передачи сигналов в клетках, и поддержание определенного уровня кальция в митохондриях важно для регулирования различных клеточных процессов и физиологии," сказал соавтор исследования Мунисвами Мадеш, доктор философии, доцент кафедры биохимии медицинского факультета Университета Темпл и член Центра трансляционной медицины Темпл. "Мы показали, что этот привратник устанавливает порог для кальция и предотвращает его проникновение и подавление митохондрий, которые, если их не регулировать, могут действовать как губка и впитывать большое количество кальция в клетке. Эти результаты могут помочь нам найти новые способы контролировать уровень кальция и предотвратить проблемы, которые могут привести к заболеваниям."
Поддержание надлежащего уровня кальция необходимо для правильной работы клеток и особенно важно в митохондриях. Клетки полагаются на митохондрии для выработки полезных источников энергии в виде химического АТФ, который необходим для нормального клеточного метаболизма и других видов деятельности. Производство АТФ, в свою очередь, зависит от кальция или, скорее, заряженных ионов кальция, которые могут поступать в митохондрии из резервуара клетки в цитоплазме. Ученые изучали поглощение кальция митохондриями около пяти десятилетий, но детали механизмов управления им в нормальных условиях оставались неясными.
Доктор. Мадеш, соавтор исследования Кевин Фоскетт, доктор философии из Пенсильванского университета, и их коллеги, возможно, хотя бы частично раскрыли эту загадку. Они обнаружили молекулярный механизм – митохондриальную "привратник" белок под названием MICU1 – который защищает поры белка, контролируя, сколько кальция поступает в митохондрии. Исследователи обнаружили, что MICU1 работает с порами этого кальциевого канала, MCU, чтобы установить порог количества кальция, поступающего в митохондрии, специально, чтобы позволить клетке поддерживать уровень кальция в митохондриях при нормальных условиях "условия отдыха."
Используя метод подавления экспрессии генов и белков, исследователи обнаружили, что при отключении MICU1 избыток клеточного кальция быстро поглощается митохондриями. Когда они повторно экспрессировали молекулу, они обнаружили, что приток кальция снова находится под контролем. MICU1 обнаружил кальций в окружающей митохондриальной матрице на определенном уровне, поддерживая сравнительно низкие уровни митохондриального кальция – примерно в пять-шесть раз ниже, чем считается "равновесие."
"Это дало нам понять, что, возможно, существует порог, при котором митохондрии воспринимают клеточный кальций, и этот белок действует как сенсор," Доктор. Мадеш отметил.
"Мы показали, что MICU1 устанавливает и контролирует заданное значение, которое имеет решающее значение для поддержания гомеостаза кальция в клетке," Доктор. Мадеш сказал. "Митохондрии в здоровых клетках полагаются на этот механизм для защиты от перегрузки кальцием в физиологических условиях. Нарушение этого привратника и заданного значения и хроническое повышение уровня митохондриального кальция может привести к повреждению нейронов, а также сердца, печени и других органов. Митохондриальный кальций важен для метаболических и сердечно-сосудистых функций, и поддержание этого гомеостаза имеет решающее значение. Клетки без заданного значения приведут к митохондриальной дисфункции и гибели клеток."
По словам первого автора Картика Маллиланкарамана, доктора философии, научного сотрудника кафедры биохимии и Центра трансляционной медицины Медицинского факультета Университета Темпл, результаты предлагают множество потенциальных терапевтических вариантов для изучения, включая генную терапию.