Митохондрии выталкивают поврежденные участки внутренней мембраны через внешнюю в полость клетки. Уже там, в цитоплазме, другие части клетки перерабатывают поврежденные кристы, и митохондрия может продолжать функционировать нормально. Детальное понимание этого механизма должно помочь в лечении заболеваний, ассоциированных с митохондриальными дисфункциями.
3D-реконструкция, показывающая внутреннюю митохондриальную мембрану (красную), выпячивающуюся в лизосому (зеленую). Внешняя митохондриальная мембрана показана синим цветом, а ядро — серым. / © Больница SickKids
В клетках эукариот существует десяток узкоспециализированных структур — органелл. Кто-то несет генную информацию, кто-то производит энергию из питательных веществ, кто-то очищает цитоплазму, кто-то производит органеллы. Лизосомы работают очистителями клетки: внутри них содержится кислотная, насыщенная ферментами среда, способная переваривать как отдельные молекулы, так и части других органелл.
Митохондрии — органеллы, основная функция которых заключается в выработке энергии. Каждая митохондрия состоит из двух мембран: внешней и внутренней. Внутренняя образует складки-кристы, удерживающие необходимые для синтеза энергии белки и молекулы. Повреждение крист из-за любых факторов быстро и заметно сказывается на здоровье всей клетки.
Открытый механизм объясняет, как митохондрии следят за собственной функциональностью и здоровьем. Исследователи полагают, что его можно использовать для диагностики и лечения состояний, связанных с нарушениями работы митохондрий: инфекций, жировой болезни печени, старения, нейродегенеративных заболеваний, рака.
Медики и ученые обнаружили, что поврежденная криста может проникнуть через внешнюю мембрану митохондрии, чтобы лизосома могла захватить ее и разрушить. Этот новый процесс назвали VDIM, что означает «везикулы, образованные из внутренней мембраны митохондрий». Удаляя поврежденные кристы с помощью VDIM, клетки предотвращают распространение повреждений на остальную часть митохондрий и деградацию клетки в целом.
Исследовательская группа, в которую вошли сотрудники больницы SickKids, Института Френсиса Крика, Университетов Торонто и Джонса Хопкинса, детально изучила процесс образования VDIM. Статья опубликована в журнале Nature.
Как выяснилось, сначала поврежденная криста выпускает молекулярный сигнал, проникающий из митохондрии в цитоплазму. Он активирует канал на ближайшей лизосоме, привлекающий ее к митохондрии, и позволяет кальцию выйти из этой органеллы. Кальций затем активирует канал на внешней мембране митохондрий, создавая пору, через которую поврежденные кристы могут выйти наружу и попасть в лизосому. Лизосома захватывает вышедшую из митохондрии поврежденную кристу и переваривает ее.
Ученые впервые наблюдали в деталях этот процесс и описали его. В будущем исследователи планируют изучить, как изменение образования VDIM может улучшить симптомы или даже предотвратить заболевания, вызванные недостаточно эффективной работой митохондрий.
