Forskare vid Duke-NUS Medical School har upptäckt nya molekylära detaljer om hur celler ser till att deras energiförsörjning anpassas för att möta energibehovet. Deras studie, utförd i samarbete med forskare vid University of Melbourne i Australien och Duke University i Durham, North Carolina, USA, belyser den avgörande roll mikroproteiner spelar för att sätta ihop större proteinkomplex inuti energigenererande cellkomponenter som kallas mitokondrier. Deras resultat publiceras i Cell Reports .

Problem med mitokondrier ligger bakom ett brett spektrum av sjukdomar, inklusive vanliga tillstånd som hjärtsvikt, fetma, diabetes och cancer.

"Vårt långsiktiga mål är att lära sig hur man manipulerar de mikroproteiner som vi undersöker för att bekämpa mitokondriell dysfunktion hos patienter", säger seniorförfattare, biträdande professor Lena Ho, från Duke-NUS Cardiovascular &Metabolic Disorders (CVMD) Program. "Den mer omedelbara betydelsen av forskningen är att avslöja nya detaljer om hur mitokondrier fungerar och bibehålls i alla celler. Arbetet kan lägga till en viktig ny nivå av förståelse till denna centrala aspekt av cellbiologi."

Mitokondrier begränsas av ett dubbelt membran. Det inre av de två membranen är värd för en serie proteiner som överför elektroner längs det som kallas elektrontransportkedjan. Denna elektrontransport är en avgörande del av de processer som utvinner kemisk energi från näringsämnen och i slutändan lagrar den i energirika molekyler av adenosintrifosfat (ATP).

Den nya insikten från Duke-NUS-teamet avslöjar att små mikroproteiner (även kallade peptider) spelar en tidigare okänd roll för att låta elektrontransportkedjan bildas. Specifikt verkar de arbeta tillsammans för att hjälpa och kontrollera sammansättningen av ett av de centrala proteinerna i kedjan, kallat Complex III. Denna roll gör det möjligt för mikroproteinerna att delta i regleringen av nivåerna av elektrontransportkedjans proteiner, och därmed energitillförseln, som svar på förändringar i energiefterfrågan.

"Mikroproteiner har fascinerat men också mystifierat biologer från olika områden under lång tid", säger Liang Chao, medförfattare till studien, som är doktor. kandidat vid Duke-NUS. "Vår studie ger ett exempel på vad de kan göra och hur de deltar i att kontrollera energimetabolismen på den djupaste nivån av molekylär detalj."

"Mitokondrierna är våra cellers batterier och fabriker, som gör inte bara energi utan också många av de byggstenar som krävs för att celler ska föröka sig och hålla sig vid liv", säger Dr Shan Zhang, tidigare forskare vid Asst Prof Ho's Endogenous Peptides Lab, under Duke-NUS CVMD-program och nu assisterande professor vid Zhejiang University, Kina. "Vi ser tydligt att modulering av nivåerna av dessa mikroproteiner kan leda till eller skydda mot mitokondriell dysfunktion, vilket är en egenskap som ligger bakom nästan alla typer av vanliga sjukdomar."

Teamet planerar nu att gå vidare från dessa initiala fynd på cellnivå för att mer fullständigt undersöka rollerna och betydelsen av mikroproteinerna i prekliniska modeller och i slutändan hos människor.

"Dessa nästa steg kommer förhoppningsvis att leda oss mot att lära oss hur man riktar in mikroproteinaktiviteten för att behandla mitokondriella sjukdomar," avslutade professor Ho.

"Innovationer inom hälso- och sjukvård och förebyggande av sjukdomar drar nytta av framsteg inom kunskap som möjliggjorts av grundläggande vetenskaplig forskning, som denna studie av biträdande professor Ho och hennes team", säger professor Patrick Casey, senior vice-dekan för forskning vid Duke-NUS. "Jag ser fram emot att se vart forskningen leder oss härnäst." + Utforska vidare

Forskare utvecklar ny teknik för att avslöja det dolda genomet