Молекулярная биология митохондрий

Геном митохондрий млекопитающих кодирует 11 мРНК, несущих информацию о первичной структуре 13 белков. Образование этих мРНК, то есть процесс транскрипции, регулируется довольно слабо, следовательно, определяющим количества различных белков процессом является трансляция. Регуляция этого процесса изучена слабо, в частности, регуляторные механизмы выявлены только для двух мРНК – это белки TACO1 и PTCD2 (выявлен нами), определяющие эффективность трансляции мРНК CO1 и Cox3 соответственно.

Для поиска новых белков, участвующих в регуляции митохондриальной трансляции млекопитающих, мы проводим биоинформатический анализ белков – кандидатов.

После этого с помощью технологии редактирования геномов CRISPR/Cas9 вносим делецию в ген белка-кандидата, а затем анализируем клетки полученной линии. Для этого мы проводим анализ эффективности митохондриальной трансляции, анализ митохондриальной функции, а также измерение активностей комплексов цепи окислительного фосфорилирования.

В том случае, если произведенная нами делеция приводит к нарушению митохондриальной трансляции, мы пытаемся выявить механизм работы соответствующего белка, определяя его партнеров протеомными методами.

Пекарские дрожжи являются очень удобным для изучения митохондрий объектом, поскольку способны выживать даже при полной потере митохондриальной функции.

В митохондриях Saccharomyces cerevisiae мРНК имеют протяженные 5’-нетранслируемые области, являющиеся определяющими для регуляции трансляции. В то же время, остается неясным механизм инициации митотрансляции, поскольку до сих пор неочевидно, как именно происходит позиционирование рибосомы на мРНК и выбор стартового кодона.

В своей работе по этому направлению мы изучаем роль факторов инициации трансляции, эволюционно существенно отдалившихся от своих бактериальных предков.

В частности, нами показано, что отсутствие третьего фактора инициации трансляции в митохондриях дрожжей не приводит к остановке биосинтеза белка, как это происходит у эубактерий. Делеция в соответствующем гене ведет к разбалансировке митотрансляции – некоторые белки синтезируются в большем количестве, чем в клетках дикого типа, а количество других – снижается.

В работе используются как классические методы молекулярной биологии и генетики (манипуляции с геномом дрожжей, оценка эффективности трансляции, toe-print анализ и т.д.), так и современные высокопроизводительные подходы – дифференциальный протеомный анализ, рибосомный профайлинг.