Нарушение баланса белков MICOS является одной из причин митохондриальной дисфункции при экспериментально индуцированной модели гипертиреоза

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.