Митохондрии, генераторы энергии в наших клетках, необходимы для жизни. Когда они подвергаются атаке – из-за ядов, экологического стресса или генетических мутаций – клетки разрывают эти электростанции, удаляют поврежденные части и снова собирают их в митохондрии, пригодные для использования.
Чтобы выяснить, что именно происходит в эти первые несколько минут, команда использовала технику редактирования генов CRISPR для удаления AMPK в клетках и показала, что даже когда яд или другие угрозы вводятся в митохондрии, они не фрагментируются без AMPK. Это указывает на то, что AMPK каким-то образом напрямую действует на митохондрии, вызывая фрагментацию.
Затем группа изучила способ химического включения AMPK без отправки атак на митохондрии. К своему удивлению, они обнаружили, что одной активации AMPK было достаточно, чтобы митохондрии фрагментировались даже без повреждений.
"Я не мог поверить, насколько черно-белыми были результаты. Само по себе включение AMPK дает такую же фрагментацию, как митохондриальный яд," говорит Шоу.
Команда обнаружила, почему это было: когда электростанции клетки выходят из строя, количество энергии, плавающей вокруг клетки – АТФ – уменьшается. Уже через несколько минут AMPK обнаруживает это снижение энергии в клетке и спешит к митохондриям. Подобно охраннику, вызывающему пожарную тревогу, AMPK активирует рецептор на внешней мембране митохондрии, чтобы подать сигнал о фрагментировании.
Исследователи обнаружили, что AMPK на самом деле действует на две области митохондриального рецептора, называемые фактором деления митохондрий (MFF), чтобы запустить этот процесс. MFF вызывает белок Drp1, который связывает митохондрию и обвивается вокруг нее, как петля из бусинок, чтобы скручивать и разрывать ее на части.
"Мы обнаружили, что модификация MFF с помощью AMPK необходима для MFF для вызова большего количества Drp1 в митохондрии," говорит Эрин Куан Тояма, один из первых авторов статьи и научный сотрудник Солка. "Без AMPK, отправляющего сигнал тревоги, MFF не может обратиться к Drp1, и нет новой фрагментации митохондрий после повреждения."
По словам Себастьяна Херцига, другого первого автора статьи и научного сотрудника Солка, в будущем команда будет интересоваться, какие еще последствия этот сигнальный путь имеет для определенных типов клеток. "Мы хотим увидеть, что нарушение связи между митохондриями и AMPK повлияет на разные ткани, особенно те, которые очень сильно зависят от здоровых митохондрий, такие как мозг, мышцы и сердце," говорит Херциг.
Добавляет Тояма, "С одной стороны, известно, что AMPK важен для лечения диабета 2 типа, иммунных заболеваний и рака. С другой стороны, дисфункция митохондрий становится все более связанной с метаболическими заболеваниями и нейродегенеративными заболеваниями. Мы делаем некоторые из первых шагов в соединении этих двух вещей, которые имеют серьезные последствия для болезней."