В МФТИ исследовали, как белок, удлиняющий хромосомы, играет роль в реакции на окислительный стресс.

Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports. Митохондрии — это органеллы (буквально «маленькие органы»), которые непрерывно функционируют в клетках человека, обеспечивая дыхание и энергию для всех метаболических процессов. Именно поэтому их называют «клеточными электростанциями».

Деятельность митохондрий — это своего рода опасное производство, так как они используют кислород и производят активные формы кислорода (АФК). Эти частицы могут хаотично взаимодействовать с другими молекулами, повреждая различные клеточные компоненты: разрушая мембраны, белковые молекулы и вызывая мутации. Это может привести к разнообразным заболеваниям и ускоренному старению.

В нормальных условиях образование АФК контролируется антиоксидантными системами, которые их нейтрализуют. Однако это равновесие может быть нарушено, что приводит к окислительному стрессу. Для противодействия ему существуют различные защитные механизмы: небольшие молекулы-антиоксиданты (например, витамины C и E) и специальные ферменты. В ответ на такой стресс также участвует TERT (Telomerase Reverse Transcriptase), который является компонентом теломеразного комплекса.

Его основная функция заключается в защите концов хромосом (теломер) от «растрачивания» во время деления клетки. Однако его субъединицы могут функционировать и отдельно, вне ядра. Например, TERC (который представляет собой РНК) защищает T-лимфоциты от программируемой клеточной гибели, нейроны — от повреждений, вызванных АФК, и также участвует в воспалительных процессах. Новая публикация посвящена белку TERT — каталитической субъединице теломеразы, которая, помимо удлинения хромосом, необходима для регуляции экспрессии генов, копирования РНК и играет особую роль в митохондриях.

Биофизики использовали «бессмертные» клетки линии HeLa, которые изначально были получены из опухоли матки и культивируются в лабораториях с середины XX века. Чтобы вызвать окислительный стресс у клеток, ученые добавили в среду культивирования перекись водорода H2O2 до высокой концентрации (500 ммоль). Ранее было установлено, что при избытке АФК содержание TERT в митохондриях увеличивается. Однако оставалось неясным, каким образом это происходит: за счет транспорта белка из ядра в эти органеллы или его синтеза непосредственно в митохондриях.

Чтобы выяснить этот вопрос, авторы применили технологию SNAP-tag: добавление к целевой молекуле небольшого белка-«переходника», к которому можно прикреплять различные метки. В данном случае это флуоресцентные красители, которые помогли отслеживать локализацию TERT внутри клетки. Популярные флуоресцентные белки, такие как GFP, не подходят для исследования уже созревших белков — их структура не позволяет проникнуть внутрь этих органелл.

«Переносимые в митохондрии белки должны проходить через узкие мембранные поры шириной всего 20 ангстрем. Это может происходить либо путем “разворачивания” белка с помощью специальных белков-помощников (шаперонов) и последующего повторного сворачивания (фолдинга) внутри, либо за счет котрансляционного импорта, при котором белок синтезируется рибосомой, находящейся непосредственно на поре митохондриальной мембраны. Мы исследовали именно импорт (целенаправленный перенос) белка TERT. Нам было необходимо выяснить, как молекула попадает в митохондрии при воздействии окислительного стресса. В будущем это поможет понять, как клетка реагирует на такой стресс и какую роль в этом процессе играет TERT», — сообщил первый автор статьи Дмитрий Буркатовский из Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.

Ученые провели серию экспериментов, используя два подхода. Сначала они однократно окрашивали TERT в клетках перед добавлением перекиси водорода. Затем использовали окрашивание различными красителями — как до окислительного стресса, так и после него — что позволило отслеживать локализацию TERT и его возможное перемещение. Выявить транспорт белка из ядра в митохондрии не удалось. Таким образом, зрелый TERT, скорее всего, образуется внутри самих органелл, но точный механизм еще предстоит выяснить.