Inom mitokondrierna sker komplexa biokemiska processer som omvandlar energin som finns i kolhydraterna som vi äter till den viktiga energilagringsmolekylen ATP (adenosintrifosfat). ATP är i huvudsak "bränslet" som driver alla processer i levande celler. Om ATP-produktionen hämmas av någon anledning kan det få allvarliga konsekvenser för människokroppen, inklusive svår sjukdom och död.

De regioner i mitokondrierna där ATP-syntes äger rum är kända som cristae, som är vikta utsprång på det inre mitokondriella membranet. "Cristae inrymmer molekylära maskiner som fungerar som turbiner och använder det kontrollerade flödet av vätejoner för att driva ATP-syntes", förklarade Martin van de Laan, professor i medicinsk biokemi vid Saarlands universitet. "Denna eleganta mekanism kan bara fungera om den inre fina strukturen i mitokondrierna och bildandet av cristae kontinuerligt upprätthålls," tillade prof. van der Laan.

Genom att arbeta med sitt team och med kollegor från Max Delbrück Center for Molecular Medicine i Berlin har van der Laan kunnat få insikter i den molekylära strukturen hos en stor och komplex ställningsliknande proteinsammansättning som spelar en viktig roll för att kontrollera kristae-arkitekturen . Deras resultat har nu publicerats iScience Advances .

Denna molekylära enhet, känd som Mitochondrial Contact Site and Cristae Organizing System (MICOS), fungerar effektivt som ingångsporten till cristae-avdelningarna. MICOS-proteinsubenheterna Mic60 och Mic19 har båda membranformande kapacitet och tillsammans fungerar de som en "dörrvakt", vilket tillåter endast utvalda molekyler att komma in eller ut ur det inre av cristae.

Forskargruppen har nu visat hur MICOS-komponenterna Mic60 och Mic19 bildar filamentösa buntar som kan sätta ihop sig för att bilda en välvd molekylstruktur som sträcker sig över ingången till cristae. "Denna kupolliknande montering är elastiskt bunden till mitokondriella membran," förklarade professor van der Laan. "Designen och arkitekturen av MICOS ger oss viktiga insikter i hur MICOS kan fungera som en flexibel men kontrollerbar inkörsport till kristae och därmed reglera mitokondriell energimetabolism."

Detta genombrott var möjligt tack vare det nära samarbetet mellan de två deltagande forskargrupperna som framgångsrikt kunde kombinera data från den strukturella belysningen av renade och kristalliserade MICOS-fragment med resultaten av målinriktade funktionsanalyser av genetiskt modifierade MICOS-varianter i levande celler.

Dessa banbrytande nya resultat har banat väg för ytterligare tvärvetenskaplig forskning om detta spännande ämne. Uppföljningsstudierna kommer att undersöka och analysera den valvliknande struktur som nu har identifierats för att fastställa dess betydelse för kristans struktur och funktion och för mitokondriernas energiomsättning. När vi ser på framtiden tillade van der Laan att de "är hoppfulla att vårt arbete kommer att leda till andra viktiga utvecklingar, vilket i sin tur kommer att förbättra vår förståelse för störningar som uppstår från mitokondriell dysfunktion." + Utforska vidare

Mitokondrier anpassar sig effektivt till förändrade metabola förhållanden