Ученые выяснили, как аминокислота лейцин усиливает выработку энергии в митохондриях

Зеленый флуоресцентный сигнал показывает стабильность белков на поверхности митохондрий (отмечены красным). Автор: Цяочу Ли

Митохондрии — это небольшие органеллы, которые генерируют энергию, необходимую нашему организму для роста, движения и поддержания здоровья. Поскольку митохондрии должны постоянно адаптировать свою функцию к энергетическим потребностям клетки, процесс производства энергии очень гибкий и, как известно, регулируется доступными клетке питательными веществами в данный момент. Однако до сих пор было неясно, как именно питательные вещества влияют на эту адаптацию.

Теперь исследовательская группа под руководством профессора Торстена Хоппе из Института генетики и Центра исследований старения CECAD Кёльнского университета определила новый путь, через который аминокислота лейцин усиливает функцию митохондрий.

Новые результаты демонстрируют, как лейцин стабилизирует ключевые митохондриальные белки и повышает производство энергии. Они были опубликованы под заголовком «Лейцин ингибирует деградацию белков внешней митохондриальной мембраны для адаптации митохондриального дыхания» в журнале Nature Cell Biology.

Лейцин — это незаменимая аминокислота, а значит, он должен поступать с пищей. Это важный строительный блок для синтеза белка, и его можно найти в богатых белком продуктах, таких как молочные продукты, мясо и бобовые, например, фасоль и чечевица.

Исследователи обнаружили, что лейцин предотвращает деградацию специфических белков, присутствующих на поверхности митохондрий. Эти белки поддерживают производство энергии, импортируя другие метаболические молекулы в митохондрии. Сохраняя эти белки, лейцин позволяет митохондриям функционировать более эффективно, что в конечном итоге повышает выработку энергии клеткой.

«Мы были в восторге, обнаружив, что нутриентный статус клетки, особенно уровень лейцина, напрямую влияет на производство энергии, — сказал доктор Цяочу Ли, первый автор исследования. — Этот механизм позволяет клеткам быстро адаптироваться к возросшим энергетическим потребностям в периоды изобилия питательных веществ».

Команда также обнаружила, что эта регуляция опосредована белком SEL1L, участвующим в клеточном контроле качества. SEL1L обычно идентифицирует поврежденные или неправильно свернутые белки для их деградации. Лейцин, по-видимому, подавляет активность SEL1L, тем самым уменьшая деградацию митохондриальных белков и, как следствие, повышая производительность митохондрий.

«Модуляция уровней лейцина и SEL1L может быть стратегией для повышения производства энергии, — добавил Ли. — Однако важно действовать с осторожностью. SEL1L также играет решающую роль в предотвращении накопления поврежденных белков, что необходимо для долгосрочного здоровья клетки».

Действительно, изучая более широкие последствия своих открытий на модельном организме Caenorhabditis elegans, команда наблюдала, что дефекты в расщеплении лейцина могут негативно влиять на функцию митохондрий и приводить к проблемам с фертильностью.

Используя клетки рака легких человека, они также заметили, что определенные мутации раковых клеток, влияющие на метаболизм лейцина, повышают выживаемость раковых клеток — важный фактор, который следует учитывать в будущих методах лечения рака.

Эти новые данные предоставляют важные доказательства того, что питательные вещества в нашем рационе не только снабжают организм топливом, но и активно формируют то, как энергия производится на клеточном уровне.

Раскрывая, как лейцин влияет на митохондриальный метаболизм, это исследование определяет потенциальные новые терапевтические мишени для заболеваний, связанных с нарушением выработки энергии, таких как рак и метаболические расстройства.

Больше информации: Qiaochu Li et al, Leucine inhibits degradation of outer mitochondrial membrane proteins to adapt mitochondrial respiration, Nature Cell Biology (2025). DOI: 10.1038/s41556-025-01799-3

Источник: University of Cologne