Новый комплексный анализ, проведенный Институтом биологии старения им. Макса Планка, Германия, и Каролинским институтом, Швеция, дает представление о том, как дисфункция важного биологического процесса вызывает заболевание.
Исследование на мышах, опубликованное сегодня в eLife, может открыть новые возможности для исследования дефицита системы, называемой окислительным фосфорилированием (OXPHOS), и предоставить ценные справочные материалы для будущей диагностики и лечения.
OXPHOS – это метаболический процесс, при котором клетки высвобождают энергию из пищи, которую мы едим, используя ферменты для ее сбора и преобразования в молекулу, называемую аденозинтрифосфатом, топливом клетки. Он производится структурами, называемыми митохондриями. Учитывая эту центральную роль, дисфункция митохондрий является основным фактором развития заболеваний человека, а также участвует в процессе старения.
"Молекулярные последствия дисфункции OXPHOS трудно предсказать," говорит ведущий автор Инге Кюль. "Последние достижения в области высокопроизводительных технологий в протеомике, метаболомике и секвенировании расширили наши знания о функции митохондрий. Однако события, которые сопровождают дисфункцию OXPHOS и способствуют митохондриальным заболеваниям, все еще плохо изучены, а варианты лечения ограничены."
Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, Ларссон и его команда проанализировали пять линий мышей, у которых отсутствовали основные факторы, необходимые для экспрессии генов митохондриальной ДНК в сердце, что впоследствии привело к дисфункции OXPHOS.
Используя комплексный подход к секвенированию и масс-спектрометрии, ученые сравнили митохондриальные и клеточные протеомы животных. Затем команда перечислила различные изменения экспрессии генов на уровнях РНК и белка у мышей, вызванные дисфункцией OXPHOS. К удивлению, они определили новый ответ на дисфункцию OXPHOS у всех животных, в результате чего количество ферментов в митохондриях, необходимых для производства убихинона (Q), было значительно снижено.
"Q – важный переносчик электронов в дыхательной цепи митохондрий," объясняет старший автор Нильс-Йоран Ларссон, директор Института биологии старения им. Макса Планка и отдела митохондриальной биологии института. "Его дефицит, вызванный нарушением экспрессии гена митохондриальной ДНК в сердце мыши, потенциально может стать целью для будущих терапевтических средств."
"В целом, наш сравнительный анализ обеспечивает высококачественный источник измененных паттернов экспрессии генов в условиях дефицита OXPHOS," добавляет соавтор Мария Миранда, аспирантка Института биологии старения им. Макса Планка. "Наши наборы данных можно использовать для будущих исследований в этой области, и мы надеемся, что они внесут свой вклад в улучшение диагностики пациентов и исследования будущих стратегий лечения."