Modello della funzione Mic60-Mic19 presso CJ. (A) Vista dall'alto e (B) vista laterale che mostrano l'architettura proposta del complesso Mic60-Mic19 ai CJ. Ogni monomero ha un colore diverso. Le regioni non determinate dalla cristallografia a raggi X sono modellate come elementi non strutturati. Credito:Progressi scientifici (2022). DOI:10.1126/sciadv.abo4946
All'interno dei mitocondri si verificano complessi processi biochimici che convertono l'energia contenuta nei carboidrati che mangiamo nell'importante molecola di immagazzinamento dell'energia ATP (adenosina trifosfato). L'ATP è essenzialmente il "carburante" che alimenta tutti i processi nelle cellule viventi. Se la produzione di ATP viene inibita per qualche motivo, possono esserci gravi conseguenze per il corpo umano, comprese gravi malattie e morte.
Le regioni dei mitocondri in cui avviene la sintesi di ATP sono conosciute come le creste, che sono sporgenze piegate sulla membrana mitocondriale interna. "Le creste ospitano macchine molecolari che agiscono come turbine e utilizzano il flusso controllato di ioni idrogeno per guidare la sintesi di ATP", ha spiegato Martin van de Laan, professore di biochimica medica all'Università di Saarland. "Questo elegante meccanismo può funzionare solo se la struttura fine interna dei mitocondri e la formazione delle creste vengono continuamente mantenute", ha aggiunto il prof. van der Laan.
Lavorando con il suo team e con i colleghi del Max Delbrück Center for Molecular Medicine di Berlino, van der Laan è stato in grado di ottenere informazioni sulla struttura molecolare di un grande e complesso assemblaggio proteico simile a un'impalcatura che svolge un ruolo importante nel controllo dell'architettura delle creste . I loro risultati sono stati ora pubblicati in Science Advances .
Questo dispositivo molecolare, noto come Mitochondrial Contact Site and Cristae Organizing System (MICOS), funziona efficacemente come porta d'ingresso ai compartimenti delle creste. Le subunità proteiche MICOS Mic60 e Mic19 hanno entrambe capacità di modellare la membrana e insieme funzionano come un "portiere", consentendo solo a molecole selezionate di entrare o uscire dall'interno delle creste.
Il team di ricerca ha ora mostrato come i componenti MICOS Mic60 e Mic19 formino fasci filamentosi che possono assemblarsi per formare una struttura molecolare a volta che attraversa l'ingresso delle creste. "Questo insieme a cupola è legato elasticamente alle membrane mitocondriali", ha spiegato il professor van der Laan. "Il design e l'architettura di MICOS ci forniscono informazioni importanti su come MICOS può agire come un gateway flessibile ma controllabile nelle creste e quindi regolare il metabolismo energetico mitocondriale."
Questa svolta è stata possibile grazie alla stretta collaborazione tra i due gruppi di ricerca partecipanti che sono stati in grado di combinare con successo i dati della delucidazione strutturale di frammenti di MICOS purificati e cristallizzati con i risultati di analisi funzionali mirate di varianti di MICOS geneticamente modificate in cellule viventi.
Questi nuovi risultati rivoluzionari hanno aperto la strada a ulteriori ricerche interdisciplinari su questo entusiasmante argomento. Gli studi di follow-up esamineranno e analizzeranno la struttura simile a una volta che è stata ora identificata al fine di determinarne il significato per la struttura e la funzione delle creste e per il metabolismo energetico mitocondriale. Guardando al futuro, van der Laan ha aggiunto che "sperano che il nostro lavoro porti ad altri importanti sviluppi, che a loro volta miglioreranno la nostra comprensione dei disturbi derivanti dalla disfunzione mitocondriale". + Esplora ulteriormente
