Små proteiner spiller en stor rolle i cellulær energibalance

Forskere ved Duke-NUS Medical School har opdaget nye molekylære detaljer om, hvordan celler sikrer, at deres energiforsyning er tilpasset til at imødekomme energiefterspørgslen. Deres undersøgelse, udført i samarbejde med forskere ved University of Melbourne i Australien og Duke University i Durham, North Carolina, USA, fremhæver den afgørende rolle mikroproteiner spiller i at samle større proteinkomplekser inde i energigenererende cellekomponenter kendt som mitokondrier. Deres resultater er offentliggjort i Cell Reports .

Problemer med mitokondrier ligger til grund for en lang række sygdomme, herunder almindelige tilstande som hjertesvigt, fedme, diabetes og kræft.

"Vores langsigtede mål er at lære at manipulere de mikroproteiner, vi undersøger for at bekæmpe mitokondriel dysfunktion hos patienter," sagde seniorforfatter adjunkt Lena Ho, fra Duke-NUS' Cardiovascular &Metabolic Disorders (CVMD) Program. "Den mere umiddelbare betydning af forskningen er at afsløre nye detaljer om, hvordan mitokondrier fungerer og vedligeholdes i alle celler. Arbejdet kan tilføje et vigtigt nyt niveau af forståelse til dette centrale aspekt af cellebiologi."

Mitokondrier er afgrænset af en dobbelt membran. Den indre af de to membraner er vært for en række proteiner, der overfører elektroner langs det, der kaldes elektrontransportkæden. Denne elektrontransport er en afgørende del af de processer, der udvinder kemisk energi fra næringsstoffer og i sidste ende lagrer den i energirige molekyler af adenosintrifosfat (ATP).

Den nye indsigt fra Duke-NUS-holdet afslører, at små mikroproteiner (også kaldet peptider) spiller en hidtil ukendt rolle i at lade elektrontransportkæden dannes. Specifikt ser de ud til at arbejde sammen om at hjælpe og kontrollere samlingen af ​​et af de centrale proteiner i kæden, kaldet Complex III. Denne rolle gør det muligt for mikroproteinerne at deltage i reguleringen af ​​niveauerne af elektrontransportkædeproteiner og dermed energiforsyningen som reaktion på ændringer i energiefterspørgslen.

"Mikroproteiner har fascineret, men også mystificeret biologer fra forskellige områder i lang tid," sagde Liang Chao, medførsteforfatter af undersøgelsen, som er ph.d. kandidat hos Duke-NUS. "Vores undersøgelse giver et eksempel på, hvad de kan gøre, og hvordan de deltager i at kontrollere energimetabolismen på det dybeste niveau af molekylære detaljer."

"Mitokondrier er batterierne og fabrikkerne i vores celler, og de laver ikke kun energi, men også mange af de byggesten, der kræves for, at celler kan formere sig og forblive i live," sagde Dr. Shan Zhang, tidligere forsker ved Asst Prof Ho's Endogenous Peptides Lab. under Duke-NUS' CVMD-program og nu assisterende professor ved Zhejiang University, Kina. "Vi ser tydeligt, at modulering af niveauerne af disse mikroproteiner kan føre til eller beskytte mod mitokondriel dysfunktion, hvilket er en egenskab, der ligger til grund for næsten alle typer almindelige sygdomme."

Holdet planlægger nu at gå videre fra disse indledende fund på cellulært niveau for mere fuldstændigt at undersøge mikroproteinernes roller og betydning i prækliniske modeller og i sidste ende hos mennesker.

"Disse næste faser vil forhåbentlig føre os hen imod at lære, hvordan vi målretter mikroproteinaktiviteten til behandling af mitokondrielle sygdomme," konkluderede Asst Prof Ho.

"Innovationer inden for sundhedspleje og sygdomsforebyggelse drager fordel af fremskridt i viden, der er muliggjort af grundlæggende videnskabelig forskning, såsom denne undersøgelse af adjunkt Ho og hendes team," siger professor Patrick Casey, senior vicedekan for forskning ved Duke-NUS. "Jeg ser frem til at se, hvor forskningen fører os hen næste gang." + Udforsk yderligere

Forskere udvikler ny teknik til at afsløre det skjulte genom