ИСТИНА

Митохондрии, являющиеся обязательными органеллами большинства клеток современных эукариот, играют важнейшую роль в их жизнедеятельности. Помимо биосинтеза АТФ, происходящего на внутренней мембране органелл в результате цепи реакций окислительного фосфорилирования, митохондрии принимают участие во множестве метаболических процессов – образовании FeS-кластеров, метаболизме жирных кислот, регуляции программируемой клеточной смерти и многих других, являясь своего рода метаболическим хабом клетки. Согласно теории симбиогенеза, митохондрии появились в результате эндосимбиотического поглощения способной к окислительному фосфорилированию бактерии прокариотическим предшественником современных эукариот. В ходе длительной эволюции митохондрии утратили подавляющее большинство своих генов, передав их в ядро. У современных эукариот большинство из примерно 1500 митохондриальных белков синтезируются в цитоплазме, после чего транспортируются в митохондрии посредством высокоорганизованной системы избирательного импорта. Тем не менее, практически у всех изученных на сегодняшний день митохондрий имеется свой собственный геном, несущий гены примерно десяти белков, а также специфических митохондриальных рибосомных и транспортных РНК. Как правило, закодированные в митохондриальном геноме белки являются гидрофобными компонентами комплексов цепи окислительного фосфорилирования, которые, по всей видимости, было бы чрезвычайно сложно импортировать из цитоплазмы. Таким образом, в митохондриях существует собственный уникальны аппарат биосинтеза белка, который структурно и функционально существенно отличается от бактериальных и эукариотических цитозольных систем трансляции. Эволюционно сформировавшиеся отличия аппарата трансляции в митохондриях обусловлены несколькими факторами. В первую очередь, это общая направленность на замещение максимального числа функций белками, синтезирующимися в цитоплазме. В частности, все факторы, участвующие в митохондриальной трансляции, как и все белки митохондриальных рибосом (за исключением белка Var1p пекарских дрожжей) закодированы в ядре и синтезируются в цитоплазме. Вторым фактором является необходимость строгой координации митохондриального белкового синтеза с биосинтезом компонентов цепи окислительного фосфорилирования в цитоплазме для обеспечения корректной сборки комплексов дыхательной цепи в соответствующих стехиометрических соотношениях. Хорошим примером такой регуляции является система трансляционных активаторов в митохондриях S. cerevisiae, специфично определяющая эффективность трансляции отдельных митохондриальных мРНК. Интересно, что несмотря на строгую детерминированность эффективности трансляции мРНК в митохондриях млекопитающих, система трансляционных активаторов в митохондриях этих организмов пока не выявлена. Не менее интригующим фактом является то, что по крайней мере для одного из факторов инициации трансляции – IF3mt, абсолютно необходимого для бактериальной трансляции, показано, что его отсутствие не сказывается на эффективности биосинтеза большинства закодированных в митохондриях белков как грибов, так и млекопитающих. В данном обзоре мы обсудим организацию аппарата митохондриальной трансляции у S. cerevisiae и млекопитающих, уделив особое внимание следующим вопросам. 1. Механизмы тонкой взаиморегуляция митохондриальной трансляции и цитоплазматического биосинтеза митохондриальных белков 2. Различия в системах регуляции митохондриальной трансляции между дрожжами и млекопитающими как свидетельство параллельной эволюции трансляционного аппарата митохондрий 3. Утрата функций факторов трансляции как следствие высокой специализации митохондриальной трансляции.

Публикация обзорной статьи.

Идентифицирован ранее не описанный третий фактор инициации митохондриальной трансляции у пекарских дрожжей, Aim23p. Показана возможность трансляции митохондриальных мРНК дрожжей в отсутствие этого фактора. Установлено, что без Aim23p митохондриальная трансляция количественно разбалансирована - некоторых закодированных в митогеноме белков становится меньше, в то время как количество других увеличивается. Такая разбалансировка приводит к легкому нарушению функционирования митохондрий. Продемонстрирована способность дрожжевой клетки адаптироваться со временем к отсутствию Aim23p путем усиления экспрессии гена TMA10, белковый продукт которого ассоциируется с митохондриями с внешней стороны и предотвращает вредные последствия разбалансировки митохондриальной трансляции. Показано также, что в клетках человека третий фактор инициации митохондриальной трансляции также является необязательным для жизнедеятельности клетки. Биоинформатическими методами установлено, что в составе Aim23p, как и у других известных третьих факторов инициации митохондриальной трансляции, имеются N- и С-концевые удлинения, отсутствующие у бактериальных ортологов. Показано, что для нормальной работы Aim23p в дрожжевых митохондриях ему необходимо наличие любого из двух концевых удлинений. IF3 из митохондрий клеток человека способен полностью функционально замещать Aim23p в митохондриях дрожжей, причем человеческому белку для этого не требуются его концевые удлинения (которые, тем не менее, обязательны для работы фактора в митохондриях клеток человека). Химерный белок, состоящий из IF3 E.coli с "пришитыми" к нему обоими концевыми удлинениями Aim23p, также полностью функционально заменяет Aim23p в дрожжевых митохондриях. В клетках E.coli, напротив, Aim23p не способен выполнять функцию IF3: укороченная версия белка без концевых удлинений просто нефункциональна, а полноразмерный Aim23p обладает легкой токсичностью для бактериальной клетки вследствие аномального связывания с бактериальными рибосомами.

Публикация обзорной статьи.