Ученые раскрыли, как незаменимая аминокислота лейцин, широко представленная в мясе и бобовых, напрямую усиливает выработку энергии в митохондриях. Она делает это, предотвращая распад ключевых белков этих клеточных органелл. Митохондрии – это микроскопические структуры внутри клеток, ответственные за производство энергии, необходимой организму для движения, роста и поддержания здоровья. Поскольку потребности в энергии постоянно меняются, митохондрии должны непрерывно адаптировать свою активность. Эта адаптивность частично зависит от доступных клетке питательных веществ. Однако до недавнего времени механизмы влияния питательных веществ на процессы энергетической регуляции оставались не до конца изученными.
Группа исследователей под руководством профессора Торстена Хоппе из Института генетики Кельнского университета и Центра передового опыта по исследованиям старения CECAD выявила новый биологический путь, объясняющий, как аминокислота лейцин повышает эффективность работы митохондрий. Их работа показала, что лейцин стабилизирует важные митохондриальные белки, тем самым улучшая способность органелл производить энергию. Результаты исследования, озаглавленного «Leucine inhibits degradation of outer mitochondrial membrane proteins to adapt mitochondrial respiration», были опубликованы в научном журнале Nature Cell Biology.
Лейцин относится к незаменимым аминокислотам, то есть его необходимо получать с пищей. Он является ключевым компонентом синтеза белка и в больших количествах содержится в богатых белком продуктах, таких как мясо, молочные продукты и бобовые. Исследователи обнаружили, что лейцин помогает защитить определенные белки на внешней мембраны митохондрий от разрушения. Эти белки жизненно важны, поскольку они транспортируют другие метаболические молекулы внутрь митохондрий для выработки энергии. Сохраняя их, лейцин позволяет митохондриям работать эффективнее, что приводит к увеличению выработки энергии в клетке.
«Мы были в восторге, обнаружив, что питательный статус клетки, особенно уровень лейцина, напрямую влияет на производство энергии», – прокомментировала доктор Цяочу Ли, первый автор исследования. – «Этот механизм позволяет клеткам быстро адаптироваться к повышенным потребностям в энергии в периоды избытка питательных веществ».
Исследование также показало, что белок SEL1L играет важную роль в этом процессе. SEL1L является частью клеточной системы контроля качества, которая выявляет и удаляет дефектные или неправильно свернутые белки. Лейцин, по–видимому, снижает активность SEL1L, что, в свою очередь, уменьшает распад митохондриальных белков и улучшает их работу. «Модуляция уровней лейцина и SEL1L может стать стратегией для увеличения производства энергии, – отметила Ли. – Однако важно действовать осторожно. SEL1L также играет критическую роль в предотвращении накопления поврежденных белков, что необходимо для долгосрочного здоровья клеток».
Чтобы исследовать более широкое влияние своих открытий, ученые изучили этот процесс на модельном организме – круглом черве Caenorhabditis elegans. Они обнаружили, что проблемы в метаболизме лейцина могут нарушать функцию митохондрий и даже вызывать проблемы с фертильностью. Когда команда изучила клетки рака легких человека, они выяснили, что определенные мутации, влияющие на метаболизм лейцина, фактически помогают раковым клеткам выживать, что указывает на важный фактор для будущих стратегий лечения рака.
Эти открытия показывают, что питательные вещества, которые мы потребляем, не просто снабжают организм топливом – они активно влияют на то, как энергия производится внутри клеток. Раскрывая, как лейцин влияет на митохондриальный метаболизм, исследование указывает на потенциальные новые терапевтические цели для состояний, связанных со снижением выработки энергии, включая рак и метаболические нарушения.
Данное исследование получило поддержку в рамках Стратегии превосходства Германии как часть CECAD и от нескольких совместных исследовательских центров, финансируемых Немецким научно–исследовательским фондом (DFG). Дополнительное финансирование поступило от Европейского исследовательского совета через грант ERC Advanced «Cellular Strategies of Protein Quality Control–Degradation» (CellularPQCD) и от Фонда Александра фон Гумбольдта.
