Митохондрии, электростанция клетки, превращают пищу в энергию, подпитывая деятельность клетки. В дополнение к энергии митохондрии также производят активные формы кислорода, молекулы побочных продуктов, предназначенные для облегчения взаимодействия между другими единицами в клетке. Но если их производить слишком много, они повреждают ДНК и выводят из строя некоторые клеточные компоненты. Теперь международная группа исследователей выяснила, как митохондрии контролируют производство активных форм кислорода.

Они опубликовали свои результаты 30 июня в Frontiers in Cell and Developmental Biology .

Избыточное образование активных форм кислорода в митохондриях повреждает митохондрии и снижает функцию клеток, поэтому механизм, с помощью которого митохондрии поддерживают производство активных форм кислорода, имеет решающее значение для клеток. В этом исследовании мы обнаружили, что митохондрии обладают механизмом, позволяющим спонтанно избегать производства избыточных активных форм кислорода ».

Ёсихиро Охта, ведущий автор статьи, доцент кафедры биотехнологии и наук о жизни Токийского университета сельского хозяйства и технологий в Японии

Митохондрии имеют двойные мембраны, внутри их внутреннего матрикса содержится генетическая информация и функциональные единицы. Митохондрии преобразуют химическую энергию в энергию для клетки, перемещая протоны извне внутрь матрицы с помощью фермента, ответственного за преобразование энергии. Но митохондрии также, по-видимому, импульсивно и временно поглощают протоны через другой белок посредством процесса, называемого спонтанной временной деполяризацией.

«Спонтанные колебания потенциала митохондриальной мембраны – это физиологические явления, наблюдаемые в широком диапазоне клеток от растений до млекопитающих», – сказал Охта. «В этом исследовании мы исследовали, как происходит это спонтанное колебание и для чего оно полезно»

Исследователи обнаружили, что увеличение pH матрицы с нейтрального до основного значительно увеличивает производство активных форм кислорода. Они также обнаружили, что ингибирование спонтанной флуктуации или деполяризации увеличивает как pH матрицы, так и присутствие активных форм кислорода.

«Спонтанная временная деполяризация может снизить продукцию активных форм кислорода в митохондриях, подавляя устойчивое повышение pH матрикса», – сказал Охта. «Это первое исследование, предполагающее связь между спонтанной переходной деполяризацией и производством активных форм кислорода»

Хотя исследователи не полностью выяснили механизм, с помощью которого митохондрии контролируют продукцию своих активных форм кислорода, они предложили модель, предполагающую, что спонтанная временная деполяризация происходит, когда повышенный pH матрицы способствует перемещению большего количества протонов извне матрицы в матрицу

.

Исследователи планируют продолжить изучение механизма, чтобы понять не только то, как митохондрии могут предотвратить перепроизводство активных форм кислорода, но и то, может ли обнаружение спонтанных колебаний митохондрий указывать на состояние окислительного стресса – и повреждение – клеток.

Среди других участников – Джаннатул Аклима, Такуми Онодзима, Савако Кимура, Кандзи Умиучи, Такахиро Сибата, Юшо Кураока, Йошики Оиэ и Юшики Суганума, факультет биотехнологии и наук о жизни Токийского университета сельского хозяйства и технологий. Аклима также является сотрудником факультета биохимии и молекулярной биологии Университета Читтагонга, Бангладеш.

Программа по открытой инновационной платформе с предприятиями, научно-исследовательскими институтами и академическими кругами (OPERA) Японского агентства по науке и технологиям (JST) и Luca Science Inc. частично поддержала это исследование.