Внутри клеток органеллы, называемые митохондриями, выполняют множество жизненно важных задач. Эти структуры генерируют энергию и, помимо других функций, помогают поддерживать внутреннюю среду клеток в состоянии здорового равновесия.
Теперь ученые показывают, как белок, связанный с болезнью Паркинсона, может повредить эти клеточные электростанции.
Результаты получены в результате экспериментов, в которых личинки плодовой мухи были генетически сконструированы для производства необычно большого количества белка, называемого альфа-синуклеином.
«Когда личинки плодовой мухи экспрессировали альфа-синуклеин на повышенных уровнях, подобных тому, что наблюдается при болезни Паркинсона, многие из наблюдаемых нами митохондрий стали нездоровыми, а многие стали фрагментированными. С помощью подробных экспериментов мы также показали, что различные части альфа-синуклеина белок, кажется, ответственен за эти две проблемы, и что фрагментированные митохондрии могут быть здоровыми. Это ключевой вывод, потому что раньше люди думали, что фрагментированные митохондрии являются нездоровыми митохондриями », — говорит Шермали Гунавардена, доктор философии, доцент кафедры биологии. наук в университете при Колледже искусств и наук Буффало.
Результаты могут быть интересны в контексте разработки лекарств, поскольку аномальные агрегаты альфа-синуклеина в клетках мозга являются признаком болезни Паркинсона, а у пациентов также наблюдались повреждения митохондрий.
«Это исследование демонстрирует преимущество использования личинок плодовой мухи в качестве модельного организма для изучения того, как нейроны повреждаются во время разрушительных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона», — говорит Т.Дж. Кшистек, доктор философии UB. кандидат биологических наук. «Благодаря этому подходу мы составили новое понимание того, как связанный с болезнью Паркинсона белок альфа-синуклеин нарушает здоровье и движение митохондрий — эпицентра производства энергии в клетках. Мы считаем, что эта работа подчеркивает многообещающий путь, который можно исследовать для потенциальных терапевтических средств, направленных на улучшение здоровья митохондрий у пациентов с болезнью Паркинсона ».
Исследование было опубликовано 17 августа в журнале Cell Death and Disease .
Соавторами являются Кшистек и Рупката Банерджи, доктор философии, научный сотрудник Scripps Research, получившая степень доктора биологических наук в UB. Гунавардена — старший автор.
Исследование было совместным усилием, и многие сотрудники лаборатории Гунавардена внесли значительный вклад. Помимо Банерджи, Гунавардены и Кшистека, авторами статьи являются магистранты Лейн Терстон, Цзянь Цяо Хуанг и Саад Навид Рахман, а также доктор философии. студентка Келси Суинтер, все из Отделения биологических наук UB, и Томас Л. Фальцоне из Университета Буэнос-Айреса и Института исследований биомедицины Буэнос-Айреса.
Подробный взгляд на альфа-синуклеин и митохондрии
С помощью тестов на личинках плодовых мух ученые смогли выявить сложные детали, касающиеся взаимодействия альфа-синуклеина и митохондрий.
Например, в исследовании не только делается вывод о том, что различные участки белка альфа-синуклеина, вероятно, ответственны за фрагментацию митохондрий и нарушение здоровья митохондрий; исследование также идентифицирует эти разделы и описывает, как другие белки могут взаимодействовать с ними, чтобы управлять этими изменениями. В частности, белки PINK1 и Parkin — оба связаны с болезнью Паркинсона — могут взаимодействовать с одним концом альфа-синуклеина, чтобы влиять на здоровье митохондрий, в то время как белок DRP1 может взаимодействовать с другим концом, разрушая митохондрии, говорят ученые.
«Митохондриальные нарушения уже давно связаны с патогенезом болезни Паркинсона», — говорит Банерджи. «Однако роль альфа-синуклеина в контроле качества митохондрий до сих пор всесторонне не изучена. Наше исследование раскрывает сложные молекулярные механизмы, с помощью которых различные области альфа-синуклеина оказывают различное влияние на здоровье митохондрий, выявляя потенциальный путь которые могут быть нацелены на изучение новых терапевтических вмешательств при болезни Паркинсона ».
«Мы смогли выявить специфические механистические функции альфа-синуклеина с помощью инструментов визуализации и системы маркировки цветов, чтобы наблюдать процесс того, что происходит с митохондриями при повышении уровня альфа-синуклеина», — добавляет Гунавардена. «Эта система позволила нам наблюдать за здоровьем, размером и поведением митохондрий одновременно в живых нейронах всего организма».
