Sukces polskich biologów molekularnych

Naukowcy z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej oraz Instytutu Biochemii i Biofizyki w Warszawie we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu we Freiburgu w Niemczech odkryli mechanizm chroniący komórkę przed skutkami błędnego transportu białek do mitochondriów. Wyniki badań zostały opublikowane 5 sierpnia 2015 w  Nature.

Mitochondria to struktury wewnątrzkomórkowe, których głównym zadaniem jest produkcja energii dla komórek i całych organizmów. Aby sprostać temu zadaniu mitochondria potrzebują ponad tysiąc różnych białek. Większość białek mitochondrialnych jest produkowana w cytozolu i stamtąd transportowana mitochondriów. Nieprawidłowości w procesie dostarczania białek do mitochondriów powodują zaburzenia w pracy tych organelli, a także akumulację w cytozolu białek, które nie zostały skutecznie przetransportowane do mitochondriów. Mechanizmy obrony komórki przed skutkami nagromadzenia białek mitochondrialnych w cytozolu nie były do tej pory poznane.

Badania kierowane przez prof. dr hab. Agnieszkę Chacińską z Laboratorium Biogenezy Mitochondriów MIBMiK pozwalają zrozumieć, w jaki sposób komórka broni się przed skutkami błędów w transporcie białek do mitochondriów. W badaniach tych wiodącą rolę odegrały doktorantka mgr Lidia Wróbel oraz dr Ulrike Topf z zespołu prof. Chacińskiej. Kluczowa dla rozwoju projektu była współpraca z grupą naukowców z Uniwersytetu we Freiburgu pod kierownictwem prof. Bettiny Warscheid. Użyli oni techniki spektrometrii mas, by zidentyfikować zmiany, którym ulegają białka komórkowe na skutek dysfunkcji mitochondriów. Dane proteomiczne były podstawą do szeroko zakrojonych badań biochemicznych, prowadzonych przez Lidię Wróbel i Ulrike Topf wraz z innymi kolegami z Laboratorium Biogenezy Mitochondriów MIBMiK oraz IBB.

Badacze odkryli, że w odpowiedzi na dysfunkcję mitochondriów komórka spowalnia syntezę białek, a także uruchamia system niszczenia białek przez molekularną maszynerię zwaną proteasomem.

Naukowcy wykazali, że mechanizm ten, nazwany UPRam (ang. Unfolded Protein Response activated by mistargeted proteins), chroni komórkę przed nieprawidłowo zlokalizowanymi toksycznymi białkami oraz sprzyja zwiększeniu odporności komórki na stres. W ten sposób naukowcy udowodnili istnienie mechanizmu komunikacji pomiędzy stanem mitochondriów a systemami utrzymującymi homeostazę białek w komórce.

Badania opublikowane w Nature były przeprowadzone z użyciem prostego organizmu jednokomórkowego, drożdży Saccharomyces cerevisiae. Organizm ten już od dekad jest kopalnią wiedzy na temat podstawowych dla życia procesów na poziomie molekularnym i komórki, także tej koniecznej do zrozumienia ludzkich chorób. Charakterystycznymi cechami ludzkich patologii związanych ze starzeniem i chorób neurodegeneracyjnych są zaburzenia homeostazy białek w komórce i dysfunkcja mitochondriów. Badania grupy prof. Chacińskiej wypełniają istotną lukę w wiedzy poprzez zidentyfikowanie powiązań między tymi dwoma pozornie niezależnymi procesami. Można mieć nadzieję, że to odkrycie przyczyni się do lepszego poznania molekularnych podstaw procesów neureodegeneracji,  występujących  powszechnie  w  starzejących    się  społeczeństwach (np. choroba Parkinsona czy Alzheimera), oraz opracowania nowych strategii przeciwdziałania tym patologiom.