Взаимодействие MICOS и АТФ-синтазы в митохондриях связано с адаптацией метаболизма клетки

Митохондрии генерируют основной пул клеточного АТФ путем окислительного фосфорилирования, которое происходит в специализированных мембранных доменах — кристах. Эти инвагинации внутренней митохондриальной мембраны обеспечивают оптимальную эффективность дыхательной цепи за счет своей организации. Архитектура крист жестко контролируется и динамически адаптируется к изменениям клеточного метаболизма. Нарушения данных процессов приводят к различным патологическим состояниям человека.

Консервативный комплекс MICOS необходим для структурной стабильности и организации крист. Комплекс MICOS и АТФ-синтаза выполняют антагонистические функции, они локализуются в разных участках внутренней мембраны митохондрий и изгибают мембрану в противоположных направлениях. Несмотря на антагонизм MICOS и АТФ-синтазы, известно, что часть молекул Mic10, субъединиц MICOS, связана с F1F0-АТФ-синтазой (димером, который стабилизирует сборку АТФ-синтазы более высокого порядка). Но было неясно, имеет ли взаимодействие Mic10 с АТФ-синтазой значение для функции митохондрий.

В новой работе ученые исследовали независимую от комплекса MICOS роль субъединицы Mic10 путем рекрутирования Mic10 к димерной АТФ-синтазе как части белка Atp21-Mic10. Было показано, что белок Atp21-Mic10 способствует олигомеризации АТФ-синтазы, но не взаимодействует с комплексом MICOS.

Далее ученые исследовали роль Mic10 в физиологии митохондрий на клетках дрожжей с делециями mic10Δ и atp21Δ. Эффективное ремоделирование митохондрий особенно важно, когда клеткам приходится переключаться с анаэробного дыхания в условиях, богатых глюкозой, на аэробное дыхание при истощении запасов глюкозы. Поэтому авторы сравнили рост клеток в разных жидких средах. Так, экспрессия белка Atp21-Mic10 в значительной степени восстановила рост обоих штаммов, mic10Δ и atp21Δ, демонстрируя, что субъединица Mic10 необходима для метаболической адаптации и роста дрожжей в аэробных условиях. Митохондрии, лишенные Mic10 или Atp21, демонстрировали снижение мембранного потенциала Δψ. Экспрессия Atp21-Mic10 восстанавливала Δψ в митохондриях штаммов mic10Δ и atp21Δ, что подчеркивает важность Mic10, связанного с АТФ-синтазой.

Чтобы независимо изучить различные функции Mic10 в АТФ-синтазе и MICOS, ученые искали мутантные штаммы дрожжей, в которых Mic10, ассоциированные с АТФ-синтазой и MICOS, были бы функционально разделены. Они определили, что мутантная форма белка Mic10-G76A неспособна образовывать олигомеры Mic10, но легко взаимодействует с АТФ-синтазой и способствует ее олигомеризации. Далее ученые сравнили рост дрожжей mic10Δ при экспрессии Mic10 дикого типа и Mic10-G76A. Mic10-G76A эффективно восстанавливал метаболическую адаптацию и аэробный рост почти с той же эффективностью, что и Mic10 дикого типа. Точно так же потенциал внутренней мембраны в значительной степени восстанавливался за счет экспрессии Mic10-G76A.

Таким образом, субъединица Mic10 необходима для контроля организации митохондриальной мембраны и архитектуры крист, а также для эффективной адаптации метаболизма.