Нефункциональные рибосомы дрожжей прикрепляются к митохондриям при нехватке глюкозы

При адаптации дрожжей к нехватке глюкозы замедляется движение макромолекулярных комплексов, синтез белка останавливается на уровне трансляции и транскрипции, а активность протеасом и аутофагия, напротив, усиливаются. При продолжительном недостатке глюкозы митохондрии фрагментируются, АТФ образуется за счет окисления жирных кислот, поврежденные митохондрии устраняются в ходе митофагии, а цитозольные рибосомы прикрепляются к фрагментированным митохондриям. Последний процесс плохо охарактеризован. Авторы исследования, опубликованного в Nature Communications, установили механизм, лежащий в основе прикрепления цитозольных рибосом к фрагментированным митохондриям в условиях недостатка питательных веществ.

Ученые работали с дрожжами Schizosaccharomyces pombe. При разных концентрациях глюкозы на протяжении семи дней они оценивали количество полисом (указывают на активный синтез белка) и сравнивали его с количеством субъединиц митохондрий и неактивных моносом 80S (накапливаются в отсутствие синтеза белка). К седьмому дню полисомы практически исчезали, а моносомы 80S, напротив, накапливались в клетках, что указывает на остановку синтеза белка.

Чтобы выявить механизм инактивации цитозольных рибосом S. pombe, ученые выделили их на седьмой день нехватки глюкозы и определили их структуры с помощью криоэлектронной микроскопии с разрешением в 1,9 Å. Кроме того, они определили структуру функциональной рибосомы S. pombe. Оказалось, что рибосомы, выделенный на седьмой день голодания, сохраняли свою структуру, но не были связаны с мРНК и тРНК. В большой субъединице был инактивирован пептидилтрансферазный сайт, а в малой субъединице изменилась конформация рРНК H69. В новой конформации H69 была стабилизирована за счет связывания с рибосомальным белком uL16 и рРНК. Модифицированная H69 занимает пептидилтрансферазный центр и препятствует связыванию с тРНК, делая невозможным синтез белка.

По мере дальнейшего культивирования при низком уровне глюкозы рибосомы присоединяются к фрагментированным митохондриям, и к концу седьмого дня фрагменты митохондрий были покрыты нефункциональными рибосомами. Рибосомы связываются с внешней митохондриальной мембраной через малую субъединицу. Механизм связывания отличался от такового у рибосом эндоплазматического ретикулума. Рибосомы, связанные с внешними митохондриальными мембранами, формируют кластеры из 2–5 штук, причем их связывание обусловлено взаимодействиями рибосомальных белков, ранее не описанными для рибосом эукариот или бактерий.

Взаимодействие рибосом с митохондриями не зависит от фрагментации последних. У S. pombe за фрагментацию отвечает белок Dnm1, и дрожжи с делецией этого белка хорошо растут только на богатой среде. Тем не менее, даже в отсутствие Dnm1 при стрессе цитозольные рибосомы прикреплялись к митохондриальным мембранам. Далее было установлено, что взаимодействие цитозольных рибосом и митохондрий осуществляется посредством белка Cpc2/RACK1. При делеции этого белка дрожжи хорошо растут на богатой среде, но в среде с низкой концентрацией глюкозы рост нарушается. Их рибосомы не связываются с митохондриальными мембранами даже на седьмой день культивирования на бедной среде. Таким образом, в условиях нехватки глюкозы у дрожжей останавливается синтез белка, фрагментируются митохондрии, и цитозольные рибосомы прикрепляются к фрагментам митохондрий.

Пока неясно, почему рибосомы прикрепляются к поверхности митохондрий. Авторы высказали несколько предположений. Рибосомы могут защищать митохондрии от переваривания голодной клеткой, а могут запускать какие-то реакции внутри митохондрий. А могут ждать благоприятных условий вблизи от митохондрий, производящих энергию для всей клетки. 

T-лимфоциты можно «накачать» митохондриями для повышения их противоопухолевой активности