Ученые объяснили, как работает главный энергетический «шлюз» клетки
Международная группа ученых впервые рассмотрела, как митохондрии втягивают внутрь молекулу пируват, увеличивающую количество энергии в организме. Оказалось, что пируват попадает в митохондрии с помощью сложного белка-переносчика, работающего по принципу шлюза. Открытие этого механизма позволит разработать новые виды терапии диабета, болезней печени, рака и облысения. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Организм производит энергию из сахара. В процессе пищеварения сахара расщепляются на простые молекулы, в том числе пируват. Когда эта молекула попадает в энергетические центры клетки — митохондрии — она помогает в 15 раз увеличить количество энергии в организме. Впервые ученые догадались о существовании этого механизма еще в 1971 году, но до сих пор его структура была неизвестна.
Международная команда исследователей решила рассмотреть, как пируват попадает в митохондрии. Для этого они использовали криоэлектронную микроскопию — метод, позволяющий «заморозить» молекулы и рассмотреть их структуру с увеличением до 165 тысяч раз. С помощью этой технологии ученые исследовали пируват, его переносчик, состоящий из белков MPC1L и MPC2, и митохондрии, пропускающие молекулу внутрь.
Митохондрии окружены двумя мембранами. Внешняя из них пористая, и пируват легко проникает через нее, но внутренняя мембрана непроницаема. Чтобы пройти внутрь, пируват использует переносчика. Сначала сложный белок открывает «внешние» ворота, позволяющие молекуле пройти внутрь. Затем эти ворота закрываются, а внутренние открываются — через них пируват проходит в митохондрию.
Открытие механизма транспортировки пирувата позволит разработать новые виды терапии многих заболеваний: диабета, жировой дистрофии печени, болезнь Паркинсона и некоторых видов рака. Все они напрямую зависят от того, как работает переносчик молекулы. Например, опухоли простаты часто «переедают» пируват и вырабатывают избыток переносчиков, чтобы обеспечить себя энергией. Если заблокировать работу переносчика, опухоль может погибнуть от голода.
Кроме того, замедление работы переносчика пирувата позволит восстанавливать рост волос: так молекула не сможет попасть в митохондрию клеток волосяных фолликулов, а переносчик превратится в лактат и запустит активацию клеток.
«Препараты, подавляющие функцию носителя, могут изменять работу митохондрий, что может быть полезно при определенных условиях. Электронная микроскопия позволяет нам точно визуализировать, как эти препараты связываются внутри носителя, чтобы заблокировать его, — можно сказать, «гаечный ключ» в работе. Это создает новые возможности для разработки лекарств на основе структуры с целью разработки более качественных и целенаправленных препаратов. Это по-настоящему изменит правила игры», — рассказал Эдмунд Кунджи, соавтор исследования из Кембриджского университета, Великобритания.