Удивительное открытие о делении крошечных клеточных «электростанций», известных как митохондрии, может оказать серьезное влияние на наше понимание широкого спектра заболеваний, обусловленных дефектами в этих органеллах.

Митохондрия нейрона. Митохондрии находятся в цитоплазме эукариотических клеток. В процессе, называемом
дыханием, они окисляют сахара и жиры, вырабатывая энергию для клетки. Митохондрии имеют две мембраны –
гладкую наружную и складчатую внутреннюю. Складки внутренней мембраны называются кристами, и именно
в них протекают химические реакции, в которых образуется энергия. (Сканирующая электронная микроскопия).
(Фото: sciencephoto.com/media/77025)

Открытие явилось результатом сотрудничества доцента кафедры молекулярной и клеточной биологии и онтогенетики Университета Колорадо в Боулдере (University of Colorado Boulder) Гии Вёльтц (Gia Voeltz) и ее коллег с лабораторией профессора и заведующего кафедрой молекулярной клеточной биологии Калифорнийского университета в Дэвисе (University of California, Davis) Джоди Нуннари (Jodi Nunnari). Статья опубликована в журнале Science.

Заключенные в две мембраны митохондрии сильно различаются по размерам в зависимости от организма и типа ткани. Количество митохондрий в клетке также неодинаково: в то время как некоторые одноклеточные организмы содержат только одну гигантскую митохондрию, в клетках человеческой печени их насчитывается до 2000, и они занимают почти четверть объема клетки. Митохондрии обладают собственной ДНК и синтезируют некоторое количество собственных белков. Главной их функцией является обеспечение клеток энергией.

Анализируя факторы, регулирующие поведение митохондрий, ученые установили, что их развитие тесно связано с другой клеточной органеллой, известной как эндоплазматический ретикулум (ЭР). Эндоплазматический ретикулум, или эндоплазматическая сеть (ЭС),  – сложная замкнутая сеть мешочков, называемых цистернами, и трубкообразных полостей, или мембранных трубочек, распространенная по всей клетке. Мембрана ЭР морфологически идентична ядерной мембране и составляет с ней единое целое. Эта структура играет важнейшую роль в целом ряде клеточных процессов, в том числе в образовании секреторных белков и жиров и внутриклеточном транспорте молекул.

Вёльтц и ее коллеги показали, что деление митохондрий связано с точкой, или точками, где они физически соприкасаются с эндоплазматическим ретикулумом как в клетках дрожжей, так и в клетках млекопитающих.

«Впервые показано, что одна клеточная органелла может определять форму другой», – комментирует открытие Вёльтц.

Так как с митохондриальной дисфункцией связан широкий спектр дегенеративных заболеваний, включая диабет, болезни сердечно-сосудистой системы и инсульт, понимание регуляции процесса деления митохондрий представляется очень важным.

«Наше исследование предполагает возможность того, что митохондриальные болезни человека являются результатом разрыва или чрезмерного контакта между эндоплазматической сетью и митохондриями», – поясняет Вёльтц.

Предыдущие работы, включая исследования лаборатории Нуннари в UC-Davis, показали, что деление митохондрий регулируется белком, известным как dynamine-related protein-1 (DRP1), который собирается в петлеобразную нить, затягивающуюся вокруг митохондрии и заставляющую ее разделиться. Теперь Вёльтц и Нуннари установили, что в точках соприкосновения эндоплазматической сети с митохондриями присутствуют еще несколько белков, непосредственно связанных с их делением.

По мнению профессора Нуннари, новая функция эндоплазматической сети расширяет и трансформирует наши взгляды на клеточную организацию.

«Это смена парадигмы в клеточной биологии», – считает ученый.

Аннотация к статье

ER Tubules Mark Sites of Mitochondrial Division