Ученые из Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского (НИИ ФХБ) и факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ имени М.В. Ломоносова на пекарских дрожжах исследовали способы противостояния клеток «эгоистичным» митохондриальным ДНК. Результаты работы опубликованы в Journal of Cell Science.

Митохондрии — это клеточные органеллы, основной функцией которых является преобразование энергии. Иногда в результате мутаций появляются «эгоистичные» митохондриальные ДНК, которые не содержат в себе необходимой для работы митохондрий информации, но при этом обладают конкурентным преимуществом перед функциональной мтДНК. Такие митохондриальные ДНК содержат большие делеции — потери больших участков последовательности. По этой причине «эгоистичные» митохондриальные ДНК способны быстрее «копироваться» и за счет этого постепенно замещать собой функциональные молекулы мтДНК, что приводит к нарушению работы митохондрий. В своей работе ученые исследовали способы противодействия «эгоистичным» мтДНК.

«Мы скрещивали клетки пекарских дрожжей с разными вариантами мтДНК и наблюдали за исходом «соревнования» между работающими и эгоистичными вариантами. Этот эксперимент был возможен, так как диплоидные дрожжи наследуют мтДНК от обоих «родителей» — гамет. В этом отличие дрожжей от человека, у которого митохондриальная ДНК наследуется исключительно от матери», — рассказал ведущий автор исследования, старший научный сотрудник НИИ ФХБ МГУ Дмитрий Кнорре.

Биологи обнаружили, что разобщители окислительного фосфорилирования (соединения, снижающие эффективность работы митохондрий) изменяют результаты этих «соревнований» в пользу функциональной ДНК. Выяснилось, что этот эффект наблюдался только в тех клетках, в которых митохондрии могли разделяться на отдельные фрагменты и передаваться на переработку в специальную органеллу — вакуоль.

«Мы выяснили, что разобщители стимулируют процесс переваривания клеткой собственных митохондрий. Оказалось, что сильнее всего этот эффект проявлялся в зиготах, но не в гаплоидных клетках дрожжей. Возможно, переваривание неработающих митохондрий является механизмом защиты клетки от «заражения» эгоистичными митохондриальными ДНК при половом процессе», — сказал Дмитрий Кнорре.

В работе ученые использовали флуоресцентную и электронную микроскопию, а также стандартные методы молекулярной биологии.

В планах у биологов — продолжить изучение механизмов деградации митохондрий на разных этапах жизненного цикла пекарских дрожжей. Кроме того, ученые планируют разобраться в том, как системе «поедания» митохондрии удается понять, хорошая или плохая мтДНК содержится в данной митохондрии.