Учёные раскрыли механизм чтения ДНК митохондрий в беспрецедентных деталях

Автор: Molecular Cell (2025). DOI: 10.1016/j.molcel.2025.06.016

Старение, неврологические заболевания и реакция организма на стресс связаны с крошечными электростанциями внутри каждой клетки, известными как митохондрии. Чтобы функционировать должным образом, митохондрии должны сначала прочитать инструкции из своей ДНК, а затем скопировать их в мРНК в процессе, называемом транскрипцией.

Исследователи из Университета Томаса Джефферсона реконструировали транскрипцию в человеческих митохондриях с беспрецедентной детализацией. Результаты, опубликованные в Molecular Cell, показывают, как работает молекулярный механизм, и раскрывают потенциальные мишени для лекарств от митохондриальных заболеваний.

«Когда мы понимаем этот ключевой процесс, мы можем подтвердить мишени для нового класса препаратов, восстанавливающих митохондриальный потенциал», — говорит структурный биолог и старший автор исследования Дмитрий Темиаков, доктор философии.

Доктор Темиаков, член Сиднейского Медицинского колледжа Киммел, и его лаборатория первыми определили структуру ключевого фермента, известного как человеческая митохондриальная РНК-полимераза, ещё в 2011 году. С тех пор он и его команда работали над пониманием «молекулярной гимнастики» этого фермента. Он меняет форму и взаимодействует с другими белками в клетке, когда начинает свою работу по транскрипции. В этом последнем исследовании учёные использовали мощные микроскопы и передовые вычислительные методы, чтобы визуально запечатлеть фермент и его вспомогательные белки.

Команда восстановила процесс транскрипции в пробирке, быстро заморозила образцы на микроскопических сетках и тщательно сняла их под несколькими углами с помощью электронного микроскопа. Этот метод, известный как крио-ЭМ, может раскрыть 3D-структуры белков с почти атомарной детализацией.

Карл Хербайн, аспирант, который руководил проектом (в настоящее время постдокторант в Пенсильванском университете), проанализировал более 1 миллиона изображений в течение трёх лет. Плодом его настойчивости стал молекулярный фильм, который показывает, как именно фермент распознает правильную стартовую точку на ДНК, привлекает вспомогательные белки, начинает копировать генетический код в мРНК и, наконец, переходит в полностью активный и стабильный режим.

Поскольку каждый пятитысячный человек страдает митохондриальным заболеванием, эти открытия открывают путь к обнаружению препаратов, предназначенных для восстановления здоровья митохондрий.

«Когда мы видим, как работает этот фундаментальный процесс, — говорит доктор Темиаков, — мы можем начать исправлять то, что сломано».

Больше информации: Karl Herbine et al, Structural basis for promoter recognition and transcription factor binding and release in human mitochondria, Molecular Cell (2025). DOI: 10.1016/j.molcel.2025.06.016

Источник: Thomas Jefferson University