Физиологическая роль нуклеозиддифосфаткиназы наружного компартмента митохондрий печени

Руководитель группы - старший научный сотрудник, д.б.н. Т.Ю. Липская

Липская Татьяна Юрьевна

Ст.н.с. д.б.н. Т. Ю. Липская,
м.н.с. В. Войнова

В физиологических условиях нуклеозиддифосфаткиназа (НДФК) катализирует реакции синтеза различных нуклеозидтрифосфатов из АТР и соответствующих нуклеозидифосфатов. Эти нуклеозидтрифосфаты, а не АТР, служат непосредсвенным источником энергии для основных анаболических процессов и необходимы для построения молекул ДНК и РНК. В тканях человека обнаружены 10 изозимов НДФК, различающихся внутриклеточной локализацией и тканевой специфичностью. Фермент обладает также регуляторными свойствами, которые не обусловлены (прямо или косвенно) его нуклеозиддифосфаткиназной активностью, т.е. каталитическая и регуляторная функции существуют независимо одна от другой. НДФК участвует в регуляции таких процессов как подвижность клеток, рост и развитие, злокачественный рост, апоптоз. Таким образом, НДФК – поистине универсальный регулятор внутриклеточных процессов; неудивительно поэтому, что она привлекает внимание многих исследователей. Однако, несмотря на успехи, достигнутые при изучении НДФК с помощью молекулярно-биологических подходов, конкретные биохимические механизмы регуляции процессов с участием НДФК в подавляющем большинстве случаев до сих пор не известны. Предполагают, что регуляторные свойства НДФК в значительной степени обусловлены ее способностью образовывать комплексы со многими внутриклеточными белками и таким образом изменять их свойства. Изучение этих механизмов регуляции представляет интерес не только для фундаментальной науки, но и для медицины.

В последние годы мы занимаемся изучением свойств и функций НДФК наружного компартмента митохондрий печени крысы. До этого группа в другом составе исследовала свойства и функции митохондриальной креатинкиназы сердца. По материалам той работы защищены 7 кандидатских и 1 докторская диссертация.

Почему мы выбрали в качестве объекта исследования НДФК наружного компартмента митохондрий печени? В митохондриях печени НДФК присутствует в наружном компартменте и в матриксе. В то время как физиологическая роль НДФК матрикса достаточно ясна, специфические функции НДФК наружного компартмента не известны, хотя ее активность может обеспечить близкую к максимальной скорость окислительного фосфорилирования. Ферменты наружного компартмента митохондрий играют важную и в то же время недостаточно полно охарактеризованную роль в развитии апоптоза и в регуляции метаболических путей. Нарушения в этой области приводят ко многим болезням метаболизма. Исходя из того, что известно о регуляторных свойствах НДФК, можно предположить, что этому ферменту принадлежит важная роль и в регуляции процессов, происходящих в наружном компартменте митохондрий. Между тем эта область остается абсолютно не исследованной.

Изучение НДФК наружного компартмента (нНДФК) мы начали с уточнения ее локализации. Знание точной локализации фермента важно, так как функции и способы регуляции активности ферментов, различающихся своей локализацией, должны быть разными. Мы доказали, что фермент локализован на наружной поверхности наружной мембраны митохондрий и связан с мембранами, по-видимому, в основном силами гидрофобного взаимодействия.

Известно, что важнейшей функцией митохондрий в нормально функционирующих клетках является обеспечение клеток энергией. Однако низкая проницаемость наружной митохондриальной мембраны для ADP могла бы лимитировать скорость внутриклеточного транспорта энергии. Проблема решается благодаря возникновению так называемого функционального сопряжения между активностью киназ наружного компартмента митохондрий (креатинкиназы, аденилаткиназы, гексокиназы, глицеринкиназы) и системой окислительного фосфорилирования. Ранее при изучении митохондриальной креатинкиназы мы сформулировали гипотезу о механизме участия этого фермента в функциональном сопряжении и его физиологической роли в межмембранном пространстве митохондрий сердца и скелетных мышц. При изучении нНДФК мы показали, что фермент также участвует в функциональном сопряжении, причем в митохондриях печени нНДФК является основным ферментом, обеспечивающим функциональное сопряжение с системой окислительного фосфорилирования. Мы установили, что в функциональном сопряжении участвует около 25% активности нНДФК и что в процесс вовлечены только наиболее прочно связанные с наружной мембраной молекулы фермента. Роль остальных молекул нНДФК по-прежнему не известна. Нашей целью является выяснение этой роли.

Мы установили, что молекулы нНДФК, не участвующие в функциональном сопряжении, солюбилизируются из митохондрий при их хранении и что солюбилизация может быть обращена. Это позволяет думать, что подобная обратимая солюбилизация может иметь место и в физиологических условиях. Оказалось, что с наружной мембраной митохондрий связывается только специфическая фракция молекул НДФК, активность которой составляет менее 9% активности фермента, присутствующей в цитозоле клеток печени. По данным иммуноферментного анализа, это НДФК α, гомологичная НДФК-В человека. Связанный и свободный фермент находятся в состоянии равновесия; определена константа связывания. Получены доказательства того, что участки связывания нНДФК на наружной митохондриальной мембране отличаются от участков связывания гексокиназы и глицеринкиназы.

По материалам описанных экспериментов защищена кандидатская диссертация. Работа была поддержана Фондом АЛСАМ (Лос Анджелес, Калифорния). В дальнейших исследованиях мы предполагаем разработать метод выделения и очистки гексамера НДФК из митохондрий печени крысы; попытаться понять, чем эти молекулы отличаются от других молекул НДФК α, присутствующих в цитоплазме клеток печени. Выяснение этого может послужить ключом к выяснению еще одной функции нНДФК. Предполагаем также определить кинетические параметры нНДФК в солюбилизированных фракциях и в составе митохондрий.

Некоторые публикации последних лет:

  1. Т.Ю. Липская, К.Н. Плакида. В митохондриях печени крысы вся нуклеозиддифосфаткиназа наружного компартмента локализована на внешней поверхности наружной мембраны (2003) Биохимия, 68, 1412 – 1422.
  2. Т.Ю. Липская, В.В. Воинова. Функциональное сопряжение нуклеозиддифосфаткиназы наружного компартмента митохондрий печени крысы и окислительным фосфорилированием (2005) Биохимия, 70, 1646 – 1655.
  3. Т.Ю. Липская, В.В. Воинова. Нуклеозиддифосфаткиназа митохондрий: характер взаимодействия с наружной митохондриальной мембраной и доля активности, функционально сопряженной с окислительным фосфорилированием (2008) Биохимия, 73, 395 – 407.
  4. Т.Ю. Липская, В.В. Воинова. Обратимость солюбилизации нуклеозиддифосфаткиназы с поверхности наружной мембраны митохондрий (2009) Биохимия, 74, 710 – 720.
  5. Т.Ю. Липская, В.В. Воинова. Активность молекул а изоформы нуклеозиддифосфаткиназы (НДФК а), способных связаться с наружной мембраной митохондрий, составляет менее 10% общей активности НДФК, присутствующей в цитоплазме клеток печени Биохимия, (2012) 77, 731 – 741.

Состав группы:

Руководитель группы: д.б.н., с.н.с Т.Ю. Липская,
к.б.н., м.н.с. В. Воинова.
Комната № 144

версия для печати
Страница последний раз обновлялась 21.11.2013