Sådan beskyttes celler mod egoistisk mitokondrielt DNA

Brug af gærceller som model, forskere fra A.N. Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Lomonosov Moscow State University undersøgte de mekanismer, der tillader celler at beskytte sig mod invasion af egoistiske mitokondrielle DNA-molekyler. Resultaterne blev offentliggjort i Journal of Cell Science .

Informationen om en celles struktur og funktion er kodet i dens DNA. Mens det meste af denne information er kodet i nuklear DNA, en lille, men væsentlig del opbevares separat i mitokondrielt DNA (mtDNA). Mitokondriers hovedrolle er at omdanne energi til ATP - en celles "molekylære valuta". Mitokondrielt DNA koder for nogle af de proteiner, der er involveret i mitokondriel funktion. Selviske mitokondrielle DNA-molekyler dukker op som et resultat af mutationer. Sådanne mtDNA-molekyler indeholder sædvanligvis store deletioner. Disse mtDNA-molekyler indeholder ikke information, der er nødvendig for mitokondriel drift, men har en konkurrencefordel i forhold til funktionelle mtDNA-molekyler - idet de er kortere end det normale mtDNA, egoistiske mtDNA-molekyler er i stand til at replikere hurtigere end de normale. Som resultat, til sidst erstatter selviske mtDNA'er funktionelle mtDNA-molekyler. Ophobningen af ​​selviske mtDNA-molekyler i cellerne kan forringe mitokondriernes funktion og inducere patologier. I deres arbejde undersøgte forskerne potentielle strategier til at beskytte celler mod selvisk mtDNA klonal ekspansion.

Dmitry Knorre, en seniorforsker ved A.N. Belozersky Institut for Fysisk-Kemisk Biologi, den tilsvarende forfatter til undersøgelsen deler:"Vi har krydset gærceller indeholdende forskellige (normale og egoistiske) varianter af mtDNA og observeret resultaterne af deres" konkurrence ". Dette eksperiment var muligt, fordi diploide gærceller, i modsætning til pattedyrszygoter, arver mtDNA'er fra begge kønsceller (forældre)."

Biologerne har fundet ud af, at afkoblerne til oxidativ phosphorylering (dvs. forbindelser, som reducerer effektiviteten af ​​mitokondriel energiomdannelse) ændrer resultaterne af denne "konkurrence" til fordel for funktionelt mtDNA. Især denne effekt af afkoblinger kunne kun observeres i disse celler, hvor mitokondrier kunne dele sig i separate fragmenter og undergå intracellulær fordøjelse.

Dmitry Knorre siger:"Vi har fundet ud af, at afkoblinger stimulerer mitokondrieomsætningen i cellerne. denne effekt er kun udtalt i zygoter, men ikke i haploide gærceller. Måske, fordøjelsen af ​​ikke-funktionelle mitokondrier er en evolutionært bevaret mekanisme, der beskytter organismer mod invasion af egoistisk mtDNA under seksuel reproduktion."

I deres forskning, forskerne har brugt fluorescensmikroskopi og elektronmikroskopi og også molekylærbiologiske teknikker.

Biologerne vil fortsætte med at studere mitokondriers nedbrydningsmekanismer på forskellige stadier af gærens livscyklus. De vil finde ud af, hvordan det cellulære molekylære maskineri ved "mitokondri -fordøjelse" genkender dårlige mtDNA'er, der er skjult af to membranlag, og hvordan cellen beslutter, om denne mitokondri skal elimineres eller ej.