Это позволит понять молекулярную природу ключевого активатора гибели клеток при различных патологиях. Результаты опубликованы в «The FASEB Journal».

Неспецифическая кальций-зависимая пора (РТР) в митохондриях — один из важнейших «секретных» кодов организма, с которым связывают старение и гибель клеток. По сути это канал во внутренней мембране митохондрий. В идеале он должен открываться, чтобы выпустить из митохондрии накопившиеся токсины, и снова закрываться. В нештатных ситуациях, когда уровень токсических соединений слишком высок, пора открывается необратимо. Для митохондрий это настоящая катастрофа, для клеток — очень опасное состояние. Клеткам нужно подключить целый набор инструментов, чтобы справиться с выходящими из митохондрий белками — активаторами клеточной гибели. Поэтому, если пора навсегда открывается во многих митохондриях, — клетка погибает. На уровне организма такой форс-мажор может привести к развитию самых разных патологий — от ишемической болезни сердца до нейродегенеративных процессов.

Несмотря на то, что необратимое открывание неспецифической Са2±зависимой поры (PTP) в митохондриях считается ключевым событием в инициации гибели клеток, молекулярная природа РТР остается неизученной. Важнейшими характеристиками поры являются размер (принят близким к 1500 Да или 2.8 нм в диаметре) и возможность его быстрого изменения (переключение между различными состояниями проводимости).

Но до последнего времени ни возможность переходов PTP из одного состояния проницаемости в другое, ни факторы, определяющие размер PTP, ни сам размер PTP нельзя было считать однозначно установленными. В большинстве исследований размер поры определяли по ее проницаемости для крупных молекул, которые, в зависимости от их способности проходить через пору, вызывают или не вызывают осмотическое сжатие митохондрий. При этом разные авторы получали значения с большими расхождениями — от 650 до 4000 Да.

С другой стороны, переходы между различными состояниями РТР регистрировали с помощью единственного метода — пэтч-кламп, который при исследовании динамики пор часто дает ложноположительные результаты.

Группа ученых ИТЭБ РАН провела уникальный эксперимент, в котором применила новые подходы к измерению размера Са2±зависимой поры митохондрий и обнаружила ранее неизвестное свойство РТР — пластичность, а также зависимость ее стабильности от внешней мембраны.

Комментирует один из авторов статьи, ведущий научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН кандидат биологических наук Алексей Круглов.

«Сначала мы измерили размер РТР в большом количестве образцов митохондрий при помощи стандартного метода. Были обнаружены существенные (~ 500 Да) колебания среднего размера PTP между образцами митохондрий.

Тогда мы стали последовательно измерять РТР в одних и тех же образцах и увидели, что средний размер имел тенденцию к увеличению со временем и концентрацией Ca2+ в среде инкубации. Данное увеличение не было следствием повреждения внешней мембраны или открывания новых крупных пор в изначально интактных митохондриях. Следовательно, рос размер каждой поры. Мы решили проследить динамику изменений размера РТР, непрерывно регистрируя проницаемость пор для молекул разного размера. Анализ полученных данных позволил установить существование нескольких стабильных состояний РТР с размерами около 700, 900–1000, 1350, 1700–1800 и 2100–2200 Да и переходов между ними. Переходы ускорялись при повышении концентрации Са2+, температуры и осмотического давления среды инкубации, что говорит о повышении пластичности белковой структуры поры. Также, к своему удивлению, мы установили, что внешняя мембрана имеет большое значение для стабилизации структуры поры: в нашем опыте повреждение и частичное удаление внешней мембраны, а также разрыв контактов между внутренней и внешней мембранами сильно замедляли проход крупных молекул через PTP».

На фото: ведущий научный сотрудник ИТЭБ РАН, к....

На фото: ведущий научный сотрудник ИТЭБ РАН, к.б.н. Алексей Круглов

По мнению авторов, полученные результаты помогут идентифицировать молекулярную структуру РТР и выяснить роль различных митохондриальных белков в регуляции ее состояния (открытое/закрытое) и размера. В дальнейшем ученые намерены исследовать динамику размера РТР в митохондриях из различных органов, тканей и организмов и отыскать белки, необходимые для формирования и стабилизации поры. Это в свою очередь поможет создать инструмент для предотвращения фатальной для организма гибели клеток при различных патологиях.

Источник: Alexey G. Kruglov, Ekaterina S. Kharechkina, Anna B. Nikiforova, Irina V. Odinokova, Svetlana A. Kruglova. Dynamics of the permeability transition pore size in isolated mitochondria and mitoplasts. FASEB J. 2021 Aug;35(8):e21764. doi: 10.1096/fj.202100596R. https://faseb.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1096/fj.202100596R

Материал подготовила: Наталья Быкова

Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru