Полувековой поиск увенчался успехом: биологи нашли белок, из-за которого останавливается сердце, деградирует мозг и развивается ишемия. Этот белок – молекулярный насос, перекачивающий кальций внутрь митохондрии – органеллы, которая «выжимает» энергию из питательных веществ.
Митохондрии - это клеточные реакторы. Они обеспечивают организм энергией – расходуют съеденные калории. Если в жировых клетках мало митохондрий, они накапливают жир; если много – сжигают. Митохондриальные процессы влияют на продолжительность жизни и прогрессирование заболеваний. Например, клеточные энергостанции помогают раковой опухоли расти и метастазировать. Поэтому и раковые клетки можно не травить лекарствами, а морить голодом. В генетическом материале митохондрий могут присутствовать мутации, которые преждевременно состаривают организм. Правда мутированные митохондрии можно и обмануть. Например, упражнениями на выносливость, которые нейтрализуют вред мутаций.
Необходимый кальций
Клеточные энергостанции поглощают очень много кальция. Ионы Ca2+ обеспечивают полноценную работу «клеточного реактора». И если с кальциевым насосом что-то не так, то у человека развиваются патологии, ведущие к неизлечимым заболеваниям. Так, ученые знают, что у пациентов с сахарным диабетом и дегенеративными заболеваниями нервной системы (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона) нарушены ионные потоки. Ольга Голдбергер (Olga Goldberger) из Медицинской школы Гарварда (Harvard Medical School) рассказала корреспонденту Infox.ru что список заболеваний не ограничивается нейродегенеративными патологиями и диабетом. Митохондриальный поток ионов Ca2+ изменяется в клетках, совершающих самоубийство (апоптоз) или переживающих аритмию и инфаркт. Да и стареет организм, в том числе, из-за нарушения кальциевой логистики в митохондриях.
Молекулярный комплекс, перекачивающий кальций в митохондриях, может быть мишенью для омоложения и лечения целого букета болезней. Однако попытки описать ключевой белок, отвечающий за транспортировку кальция, терпят крах на протяжении последних пяти десятилетий.
Ловля белка на наживку
В последнем номере журнала Nature ученые наконец-то описали основную часть кальциевого канала -- молекулу, которой митохондрии «всасывают» ионы Ca2+. Ученые еще и испытали находку, прокачав ионы через молекулярный насос. Впрочем, обнародованные результаты – достижение не одной группы ученых.
В 2008 году Вамси Муса (Vamsi Mootha) из Медицинской школы Гарварда (Harvard Medical School) и его коллеги опубликовали сравнительную «карту» мышиных и человеческих белков, задействованных в работе митохондрий – MitoCarta. В этой базе ученые собрали около тысячи митохондриальных молекул. Но функции большинства оставались неизвестными.
В прошлом году Вамси Муса и его коллеги выделили из тысячи митохондриальных протеинов один, ответственный за потребление кальция. Они знали, что митохондрии человека и трипаносомы (паразитическое простейшее), в отличие от таковых пекарских дрожжей, всасывают очень много кальция. Поэтому, сравнив протеиновые «портреты» митохондрий трех видов, ученые без труда выделили пятьдесят белков, которые могут быть вовлечены в перекачивание ионов кальция. Круг «подозреваемых» сузился: из тысячи молекул, описанных в MitoCarta, у исследователей осталось всего пятьдесят. По результатам последующего анализа ученые выяснили, что за «кальциевое обжорство» у митохондрий отвечает белок MICU1.
Но оказалось, что MICU1 – это регуляторный белок, а не та самая «дырка», через который проходят ионы кальция. «Можно сказать, что у нас появилась наживка, на которую необходимо было поймать большую рыбину», -- говорит Вамси Муса, руководитель исследования.
Доктор Муса и его коллеги и занялись «молекулярным рыболовством». Ученые идентифицировали белок, который и формирует в митохондриях поры. Более того, в эксперименте на животных и с культурой клеток ученые показали, что без белка MCU кальций в митохондрии не поступает. Независимая группа исследователей из Университета города Падуя (University of Padua) встраивали митохондриальный белок в культивированные клетки и «прокачивали» через них кальций. Таким способом ученые подтвердили, что MCU действительно «дырявит» митохондрии.
Авторы двух исследований отмечают, что, вероятно, в молекулярном комплексе есть еще несколько неизвестных протеинов - регуляторных белков. Но, сколько бы их ни было, MCU – основной «дырокол». В ближайшее время ученые продолжат исследования и, возможно, через некоторое время разработают новые препараты для лечения и ишемии, и инфарктов, и дегенеративных патологий нервной системы.
С подробностями исследования доктора Мусы можно ознакомиться в статье, опубликованной в Nature. В этом же номере представлены результаты исследования, подкрепляющие находку доктора Мусы.
