Взаимодействие митохондрий с цитоскелетом

Взаимодействие с цитоскелетом было описано только с применением индивидуальных флуоресцентных меток для митохондрий и микротрубочек [2,3]. После этого подобные взаимодействия были описаны для различных типов клеток млекопитающих [4].

Цитоплазма эукариотических клеток пронизана трехмерной сеткой из белковых нитей (филаментов), называемой цитоскелетом. В зависимости от диаметра филаменты разделяются на три группы: микрофиламенты (6-8 нм), промежуточные волокна (около 10 нм) и микротрубочки (около 25 нм). Все эти волокна представляют собой полимеры, состоящие из субъединиц особых глобулярных белков.

Микрофиламенты (актиновые нити) состоят из плотно упакованной спирали из ориентированных глобулярных (G) актиновых мономеров [56]. В мышцах млекопитающих обнаружен α-актин, а β- и γ-актины составляют микрофиламенты немышечных клеток.

Структурными элементами промежуточных волокон являются белки, принадлежащие к пяти родственным семействам и проявляющие высокую степень клеточной специфичности [62]. Все эти белки имеют в центральной части базовую стержневую структуру, которая носит название суперспирализованной α-спирали.

Микротрубочки построены из глобулярного белка тубулина, представляющего собой димер α и β-субъединиц (53 и 55 кДа) [65]. Протофиламенты – это линейные цепочки, образованные α и β- гетеродимерами. Эти протофиламенты образуют кольца (по 13 штук в каждом), которые полимеризуются в длинную трубку.Микротрубочка (МТ) представляет собой высоко динамичную полярную структуру, имеющую минус-конец, локализованный на центросоме, вблизи ядра, и медленно растущий или быстро разбирающийся плюс-конец.

Цитоскелет служит клетке механическим каркасом и “рельсами” для транспорта органелл и других крупных комплексов внутри клетки. Митохондрии перемещаются вдоль цитоскелетных фибрилл с помощью молекулярных моторов. Структурные белки, входящие в состав молекулярных моторов, относятся к трем семействам: кинезины, цитоплазматические динеины и миозины.

Одним из наиболее изученных клеточных моторов является кинезин. Молекула кинезина представляет собой димер, образованный двумя одинаковыми полипептидными цепями. с одной стороны каждой полипептидной цепи кинезина формируется глобулярная головка, соединенная со сравнительно длинным хвостом. Хвосты двух мономерных цепей сплетены вместе, а наклоненные в разные стороны головки образуют своеобразную рогатину, которая непосредственно взаимодействует с глобулярными мономерами микротрубочки, вдоль которой перемещается кинезин (рис. 4).

Каждая из двух головок кинезина обладает АТРазной активностью. Связывание и гидролиз молекулы АТФ в активном центре кинезина, а также последующие события, вызванные диссоциацией AДФ и Фн, сопровождаются изменением положения головок относительно тубулиновых мономеров, в результате чего кинезин перемещается вдоль микротрубочки. Работа головок кинезина хорошо скоординирована: связывание и гидролиз молекулы АТФ одной головкой димерного комплекса способствует освобождению молекулы АДФ из активного центра другой головки. Головки кинезина попеременно связываются с мономерными звеньями микротрубочки. За одну секунду кинезина делает приблизительно 100 шагов, перемещаясь за это время на расстояние 800 нм [5].