Исследователи из Медицинского центра Нью-Йоркского университета в Лангоне обнаружили, что митохондрии, основной источник энергии для большинства клеток, также играют важную роль в развитии стволовых клеток – цель, заметно отличающаяся от традиционной работы крошечной органеллы как основного источника аденозинтрифосфата (АТФ). ) энергия, необходимая для рутинного клеточного метаболизма.
В частности, команда Нью-Йоркского университета в Лангоне обнаружила, что блокирование действия митохондриального фермента АТФ-синтазы останавливает развитие яйцеклеток из стволовых клеток в экспериментах на плодовых мушках, одном из основных организмов, используемых для изучения клеточной биологии.
В дальнейших экспериментах с мухами группа исследователей обнаружила, что АТФ-синтаза необходима для нормального развития стволовых клеток, напрямую контролируя рост и поддержание внутренних мембран внутри митохондрий, называемых кристами, поскольку клетки продолжают делиться и формировать определенные клеточные компоненты. из них состоит яйцеклетка или женская половая клетка.
Результаты исследования будут опубликованы в онлайн-журнале Nature Cell Biology 27 апреля.
"Результаты нашего исследования показали, что АТФ-синтаза выполняет новую функцию во время развития стволовых клеток и, в частности, для создания яйцеклетки, которая не зависит от ее роли в производстве АТФ," говорит старший исследователь и клеточный биолог Рут Леманн, доктор философии, профессор клеточной биологии Лоры и Исаака Перлмуттеров в Нью-Йоркском университете в Лангоне и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза.
Более того, Леманн говорит, что, поскольку производство энергии АТФ-синтазы является обычным для всех клеток, имеющих ядро, весьма вероятно, что его структурная роль в раннем митохондриальном развитии одинакова для всех млекопитающих, включая человека. Действительно, Леманн, который также является директором Института биомолекулярной медицины Скирболла при Нью-Йоркском университете в Лангоне и заведующим его отделом клеточной биологии, отмечает, что в более ранних отчетах об исследованиях описывались поврежденные или незрелые кристы у нескольких видов животных с нарушенной АТФ-синтазой, но до сих пор нет. объяснение или доказательства существовали, чтобы связать этот процесс с развитием стволовых клеток.
Открытие примечательно, говорит Леманн, не только тем, что очерчивает новую роль митохондрий помимо производства энергии, но и потому, что кажется, что роль АТФ-синтазы в развитии стволовых клеток не зависит от ее энергетической роли, впервые описанной в 1960-х годах. предмет Нобелевской премии по химии 1997 г.
Эксперименты Леманн и ее коллег показали, что когда любой из 13 ключевых белков, связанных с АТФ-синтазой, блокируется, развитие яйцеклетки нарушается или останавливается. Однако блокирование других ферментов, участвующих в производстве АТФ, до работы АТФ-синтазы не повлияло на развитие яйца.
"Наша команда планирует дальнейшие исследования того, как именно АТФ-синтаза биологически контролирует развитие крист, и влияют ли митохондрии на другие роли в развитии," говорит Леманн.
Для исследования, на завершение которого ушло два года, исследователи проверили более 8000 генов, которые, как известно, активны в зародышевой линии развивающейся плодовой мушки, или стволовых клетках, которым обычно предначертано стать яйцеклеткой или сперматозоидом. Только АТФ-синтаза выделялась и была активной, даже когда другие ферменты, активные в производстве АТФ, были отключены.