Ученые выяснили, как избыток РНК влияет на выработку энергии в клетках
Исследователи из Техасского университета A&M установили, что накопление избыточной РНК может нарушать функционирование митохондрий — клеточных структур, отвечающих за выработку основной энергии, необходимой клеткам. В ходе лабораторных экспериментов данный эффект наблюдался независимо от привычных сигнальных механизмов врожденного иммунитета. Это открытие поднимает вопросы о том, почему жизненно важная молекула может стать причиной проблем и какое значение это имеет для изучения инфекционных заболеваний. Об этом сообщает сайт Известия.
РНК выполняет множество ключевых функций в клетках. Одна из ее форм — матричная, или информационная, РНК — передает инструкции для синтеза белков, которые необходимы для поддержания структуры клетки и осуществления различных биохимических реакций.
Клетки постоянно синтезируют и разрушают РНК. Уничтожение устаревших или дефектных молекул помогает регулировать синтез белков и предотвращает накопление ненужного материала. Новое исследование показало, что этот процесс также критически важен для поддержания нормального энергетического обмена.
«Ученым давно известно, что разрушение РНК помогает контролировать синтез белков и удалять дефектную РНК. Наше исследование выявило еще одну важную функцию: оно помогает клеткам поддерживать необходимое для нормальной работы энергообеспечение», — отметил профессор кафедры ветеринарной патобиологии Техасского университета A&M Чжилун Ян.
В ходе исследования ученые изучали клетки, инфицированные вирусом осповакцины, представителем семейства поксвирусов. Во время инфекции в клетках образуется большое количество вирусной РНК, и механизмы ее удаления должны справляться с возросшей нагрузкой.
Эксперименты показали, что нарушение работы вирусных или клеточных ферментов, участвующих в разрушении РНК, приводило к ухудшению состояния митохондрий и снижению их дыхательной активности. Митохондриальное дыхание включает процессы, которые помогают клетке получать и запасать энергию в молекулах АТФ.
Повреждающее действие было обнаружено у двух типов РНК: двуцепочечной РНК, часто образующейся при вирусных инфекциях, и обычной матричной РНК, необходимой для синтеза белков. Второй результат оказался неожиданным, так как проблемы возникали при избыточном накоплении молекулы, которая постоянно присутствует в здоровых клетках.
Первоначально исследователи предполагали, что избыток РНК повреждает митохондрии через активацию противовирусной защиты. Однако эксперименты показали, что для выявленного эффекта такая реакция не является обязательной.
«Когда мы выделили митохондрии и добавили РНК, мы все равно наблюдали повреждение митохондрий», — рассказал первый автор исследования Джамаль Брахим Бельхауари.
Нарушения также наблюдались до выраженной активации иммунных механизмов. Эти наблюдения указывают на то, что избыток РНК может воздействовать на митохондрии напрямую.
Ученые зафиксировали снижение мембранного потенциала — разности электрических потенциалов по сторонам внутренней мембраны митохондрий. Поддержание электрохимического градиента необходимо для синтеза АТФ. Когда этот механизм нарушается, эффективность производства энергии снижается.
Как именно РНК вызывает такой сбой, пока неясно. Авторы предполагают, что отрицательно заряженные молекулы могут накапливаться рядом с митохондриями и влиять на условия их работы. Это объяснение еще предстоит проверить.
Вирусу важно сохранять клетку работоспособной, так как он зависит от ресурсов зараженной клетки для производства своих белков и формирования новых вирусных частиц. Поэтому нарушение энергетического обмена может мешать и самому возбудителю.
По словам Яна, поксвирусы используют механизмы разрушения РНК, которые помогают контролировать ее количество и поддерживать работу клетки во время размножения вируса.
Таким образом, удаление РНК может выполнять несколько задач: регулировать активность генов, ограничивать распознавание инфекции защитными системами и сохранять энергетические ресурсы зараженной клетки.
Авторы предполагают, что выявленный механизм может иметь значение за пределами вирусных инфекций. Накопление РНК наблюдается при некоторых онкологических, нейродегенеративных и связанных со старением состояниях. Однако пока неизвестно, насколько обнаруженный в экспериментах эффект участвует в развитии этих заболеваний.
Еще одно направление — разработка РНК-препаратов и вакцин, использующих молекулы РНК для передачи клеткам инструкций по производству определенных белков. Понимание того, как клетки перерабатывают эту РНК и реагируют на ее количество, может помочь в совершенствовании будущих препаратов.
Работа проводилась в лабораторных моделях и не устанавливает, что существующие мРНК-вакцины повреждают митохондрии у людей. Основной результат исследования касается клеточного механизма: при нарушенном удалении избыток РНК может мешать выработке энергии. Теперь исследователям предстоит выяснить, в каких условиях этот механизм действует в организме и как можно на него повлиять.
