Struktury dynamiczne

Mito artefakt

Do niedawna mitochondria błędnie uważano za struktury statyczne. Obecnie wiadomo, są one strukturami niezwykle zróżnicowanymi i dynamicznymi. Zarówno kształt jak i rozmieszczenie mitochondriów mogą się różnić
w zależności od: rodzaju komórki, jej stanu energetycznego oraz czynników oddziałujących na komórkę. Mitochondria zwykło się przedstawiać jako owalne organella.

 

 

 

 

podział MT

W tej chwili wiadomo, że taki obraz jest artefaktem powstałym na skutek preparatyki. Zastosowanie technik umożliwiających obserwację struktur wewnątrz żywej komórki ujawniło, że mitochondria tworzą sieć wyglądem przypominającą retikulum endoplazma tyczne.
Mitochondria nie tylko są one aktywnie transportowane w komórce z udziałem cytoszkieletu, ale przede wszystkim ulegają ciągłym podziałom i fuzjom.

W proces podziału mitochondrium zaangażowane są dwa białka Fis1 i DRP1. Białko DRP1 jest rozproszone
w cytoplazmie w postaci ufosforylowanej, a Fis1 znajduje się na zewnętrznej błonie mitochondrialnej. Po otrzymaniu sygnału do podziału, białko Fis1 tworzy skupiska na powierzchni mitochondrium pełniąc rolę receptora dla DRP1. Defosforylowane DRP1 przyłącza się do błony zewnętrznej tworząc pierścień. Dzięki podobieństwu DRP1 do dynaminy, pierścień ten zaciska się prowadząc do podziału mitochondrium.

 

 

 

 

Fuzja

Fuzja mitochondriów składa się z dwóch niezależnych etapów.

W pierwszej kolejności połączeniu ulegają błony zewnętrzne, a proces ten wymaga udziału mitofuzyn Mfn1
i Mfn2. Mitofuzyny dwóch mitochondriów oddziałują ze sobą, zakotwiczając mitochondria naprzeciwko siebie. Fuzyny Mfn posiadają domeny GTP-azowe, a hydroliza GTP prowadzi do zmiany ich konformacji
i zbliżenia błon zewnętrznych dwóch mitochondriów do siebie. Mitochondriala fosfolipaza D hydrolizuje wiązania fosfodiestrowe i umożliwia zlanie się błon zewnętrznych.
Mitochondria linii komórkowej produkującej mitofuzyny bez domeny GTP-azowej są ściśle upakowane, ale
nie ich błony nie łączą się ze sobą. Stąd wiadomo, że obecność domeny GTP-azowej jest kluczowa na tym etapie fuzji.

Kolejnym etapem jest fuzja błon wewnętrznych z udziełem białka OPA1, które również posiada domenę GTP-azową. Białko to jest zakotwiczone w błonie wewnętrznej, a na podstawie analizy sekwencji uznano, że jest to białko podobne do dynamin.
Aby doszło do pełnej fuzji mitochondriów, białka odpowiedzialne za fuzję błon zewnętrznych i wewnętrznych muszą ze sobą współpracować. Tak jak i w wielu innych sytuacjach, tak i w przypadku fuzji mitochondriów system drożdżowy jest znacznie lepiej poznany. Drożdżowe ortologii mitofuzyn oddziałują ze sobą poprzez białko Ugo1, tworząc funkcjonalny kompleks fuzyjny. Wydaje się, że podobny mechanizm występuje w komórkach ssaków, jednak białko pośredniczące między Mfn, a OPA1 jest nadal nieznane.

PO CO TO WSZYSTKO?

Na ogół wszystkie cząsteczki mtDNA w komórce są identyczne, a stan ten nazywamy homoplazmią. Zdarza się, że powstające zmiany sekwencji (polimorfizm lub mutacja) nie są usuwane, a cząsteczka mtDNA ulega replikacji. Stosunek ilości mtDNA z mutacją do wersji dzikiej nazywamy heteroplazmią.

Sama obecność zmiany patogennej nie determinuje choroby. Dochodzi do akumulacji mutacji, a dopiero po przekroczeniu pewnej wartości progowej choroba AK ujawnia się. Dzieje się tak ponieważ, w każdym mitochondrium znajduje się kilka kopii mtDNA i białka kodowane przez cząsteczki niezmutowane mogą kompensować braki. Zjawisko to nazywamy komplementacją.

Fuzje mitochondriów zapewniają optymalną kontrolę procesów zachodzących w mitochondriach. Umożliwiają również wymianę białek między poszczególnymi organellami, czyli transkomplementację, a co za tym idzie sprzyjają akumulacji mutacji.

Podziały mitochondriów są jednym ze sposobów eliminacji zmutowanych cząsteczek mtDNA. Małe fragmenty po podziale mitochondrium mają zachwiany potencjał błonowy, którego nie są w stanie odbudować bez wydajnie działającego łańcucha oddechowego. W konsekwencji są one częściej eliminowane na drodze mitofagii.