Сотрудники Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Института биофизики клетки РАН и Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН исследовали изменения в структуре крист (складки внутренней мембраны) и белков MICOS (комплекс, необходимый для структурной стабильности и организации крист) в митохондриях печени крыс на модели экспериментально индуцированного гипертиреоза.

Исследователи обнаружили, что при этой патологии развивается диспропорция белков системы MICOS, а также снижение количества OPA1 (белок, участвующий в митохондриальной динамике) и Sam50 (внешний компонент митохондриальной мембраны), что критически влияет на энергетический обмен и гомеостаз кальция в митохондриях печени животных. Полученные результаты дают новые перспективы для разработки методов восстановления баланса белков, участвующих в формировании крист при гипертиреозе и других метаболических нарушений. Результаты работы опубликованы в журнале Cells.

В последние десятилетия в мире отмечается значительный рост числа пациентов с заболеваниями, связанными с нарушением митохондриальной функции. Митохондрии играют ключевую роль в выработке ATФ (основной источник энергии в клетках), регуляции окислительно-восстановительного баланса и апоптоза. Нередко под воздействием генетических, экологических и метаболических факторов снижается способность митохондрий к энергетической адаптации, что приводит к хроническим биоэнергетическим дефектам и повреждению клеток.

Примером такого состояния является гипертиреоз — патология, характеризующаяся чрезмерной продукцией тиреоидных гормонов. В норме эти гормоны выполняют жизненно важные регуляторные функции, оказывая комплексное воздействие практически на все системы организма. При гипертиреозе организм вынужден адаптироваться к повышенным энергетическим потребностям за счёт интенсификации клеточного дыхания. Это может приводить к выраженным функциональным и структурным изменениям в митохондриях.

Высокая эффективность энергетического метаболизма обеспечивается уникальной структурой митохондрий, включая кристы внутренней мембраны. Показано, что три мембранообразующих фактора, а именно димерная F₁F_o-ATФ-синтаза, система организации крист и митохондриальных контактов (MICOS) и GTPаза 1 (OPA1) играют решающую роль в биогенезе и поддержании крист. Любые изменения в этих компонентах могут привести к аномальной организации крист, снижению эффективности окислительного фосфорилирования, а также митохондриальным патологиям. Нарушение структуры крист наблюдается при многих болезнях человека, однако неясно, является ли это изменение их первичной причиной или лишь сопутствующим фактором прогрессирования.

Коллектив учёных из Пущино и Москвы исследовал изменения в структуре крист и белков MICOS в митохондриях печени крыс на модели экспериментально индуцированного гипертиреоза. Исследование прокомментировала старший научный сотрудник лаборатории митохондриального транспорта ИТЭБ РАН кандидат биологических наук Наталья Венедиктова.

«Было обнаружено, что при гипертиреозе наблюдается значительное снижение уровня OPA1 и Sam50 и наблюдалась избирательная гиперактивация субкомплекса MIC60 при сохранении стабильности субкомплекса MIC10, что создаёт функциональный дисбаланс, нарушает архитектуру крист и критически влияет на энергетический обмен и гомеостаз кальция в митохондриях печени животных с этой патологией. Это может во многом объяснить высокую частоту печёночных осложнений при тяжелом гипертиреозе и подчёркивает важность ранней коррекции тиреоидного статуса для предотвращения необратимого повреждения митохондрий печени. Можно утверждать, что разработка методов восстановления баланса белков, участвующих в формировании крист и CJs (узкие перехваты между кристами и внутренней пограничной мембраной), таких как MICOS, OPA1 и SAM50 при гипертиреозе, представляет собой новое направление в лечении гипертиреоза и других метаболических нарушений. В то же время, для установления полной картины причинно-следственных связей нарушений при гипертиреозе необходимо и планируется проведение серии дополнительных исследований с использованием животных с дефицитом белков MICOS, OPA1 и SAM 50», — рассказала она.

По словам авторов, полученные результаты могут дать не только новые знания о функционировании митохондрий, но и подсказать направление для разработки терапевтических стратегий коррекции этой патологии и ряда других заболеваний, связанных с измененным метаболизмом митохондрий. Разработка методов коррекции митохондриальной архитектуры представляет собой перспективное направление терапии широкого спектра заболеваний.

Работа поддержана Российским научным фондом (проект № 24-25-00180).

Текст: Алсу Дюкина.
Источник: пресс-служба ИТЭБ РАН.