Forskere har i et dybdegående studie kortlagt, hvordan de cellulære maskiner, der står for at producere proteiner i mitokondrierne, selv bliver samlet. Indsigten gør forskerne klogere på essentielle cellulære mekanismer, der er involveret i alt fra neurodegenerative sygdomme til hjertesygdomme.
For milliarder af år siden i fortidens ursump forsøgte en celle at spise en bakteriecelle, sådan som den havde gjort så mange gange før, men denne gang gik tingene ikke helt, som de plejede.
I stedet for at blive fortæret endte bakteriecellen med at blive en del af den store celle, og da den store celle delte sig, gjorde bakteriecellen det også.
Spol tiden frem til nutiden, og så kan vi stadig i dag se konsekvenserne af dette vilkårlige møde mellem to celler for hundreder og atter hundreder af millioner af år siden. Den store celle har nemlig over tid udviklet til eukaryote celler, som blandt andet alle dyr og planter består af, mens bakteriecellen er blevet til de mitokondrier, som findes i alle vores celler.
Samarbejdet mellem de to celler har også udviklet sig over tid, og i dag er mitokondrierne essentielle for en stor del af det liv, som findes på Jorden. Mitokondrierne er nemlig ansvarlige for energiproduktionen i vores celler. De har sågar deres eget DNA og deres egen proteinproduktion.
Netop proteinproduktionen er vi nu blevet meget klogere på, idet forskere har kortlagt, hvordan det mitokondrielle ribosom, som er ansvarlig for at lave mitokondriernes proteiner, bliver dannet.
”Vi i noget tid vidst, hvordan det mitokondrielle ribosom ser ud, men det har været mere mystisk, hvad der sker i den proces, hvor det bliver dannet. Det har vi nu kortlagt en del af, og det gør os klogere på, hvordan mitokondrierne kan opretholde funktionen. Fungerer de ikke, som de skal, kan det blandt andet lede til udvikling af neurodegenerative sygdomme og hjertesygdomme,” fortæller en af forskerne bag studiet, lektor Eva Kummer fra Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research ved Københavns Universitet, Danmark.
Forskningen er offentliggjort i Nature Communications.
13 proteiner har brug for deres eget produktionsapparat
Mitokondriernes ribosom er meget forskelligt fra det, som findes i cellernes cytosol (cellevæsken).
Det mitokondrielle ribosom er også ekstremt forskelligt mellem organismer, mens ribosomet i cytosolet ser rimeligt ens mellem organismer.
Det specielle ved mitokondriernes ribosomer er også, at de faktisk kun er ansvarlige for at producere 13 forskellige proteiner. Alligevel har mitokondrierne deres helt eget apparat til at kunne oversætte DNA til proteiner, og det kan der kun være én forklaring på.
”Cellerne gør meget ud af bibeholde dette ekstra apparat til at lave kun 13 proteiner. Ribosomerne i cytosolet laver tusindvis af proteiner. Det viser, hvor vigtige disse 13 proteiner er. Alle er de dele i den respiratoriske signalvej, der ultimativt gør mitokondrierne i stand til at producere det cellulære energimolekyle ATP,” forklarer Eva Kummer.
80 molekyler skal samles til et færdigt ribosom
I studiet ønskede forskerne at blive klogere på, hvordan de mitokondrielle ribosomer i sig selv bliver dannet.
Til formålet isolerede de mitokondrielle ribosomer fra humane celler.
I en hvilken som helst celle findes mitokondrielle ribosomer i forskellige stadier af udvikling.
Nogle er helt færdigudviklede, mens andre er under opbygning af de omkring 80 forskellige byggesten, som indgår i skabelsen af mitokondrielle ribosomer.
Ved hjælp af kryoelektronmikroskopi kunne forskerne tage billeder af nogle af stadierne i ribosomal udvikling.
Herefter var det et spørgsmål om at få kunstig intelligens til at finde hoved og hale i billederne og udregne den trinvise proces, som leder fra 80 forskellige biomolekyler til et færdigt ribosom.
”Indtil nu har forskning fokuseret mest på de sidste trin i udviklingen, hvor det endnu ikke færdige ribosom er stabilt og lettere at studere, men der har været meget lidt viden om de tidlige stadier og stadierne imellem. Her har vi også kigget på de mellemliggende stadier, hvor vi helt specifikt har undersøgt syntesen af den største af to underenheder af det mitokondrielle ribosom,” siger Eva Kummer.
Danner grundlaget for liv på Jorden
I studiet har Eva Kummer med hendes kollegaer kortlagt, hvad der sker i forbindelse med tre trin i processen mod at skabe den største af de to ribosomale underenheder.
Nærmere bestemt beskriver forskerne skabelsen af de tre trin, som laver ribosomets katalytiske site, altså hvor proteinets aminosyrer bliver samlet én for én i en lang kæde.
Forskerne beskriver i studiet, hvordan GTPaserne GTPBP7 og GTPBP10 går sammen om at folde det RNA, som bliver en del af det katalytiske site i ribosomet.
Selve dette trin er i sig selv interessent, fordi mitokondrier øjensynligt skal bruge to GTPaser, mens bakterier – som mitokondrierne jo stammer fra – kun bruger én.
”Tidligere har forskere ment, at GTPBP7 sikrer den kemiske modifikation på RNA’et, når det bliver en del af ribosomet. Vi kan nu se i vores strukturer, at det i stedet beskytter RNA’et som et stillads, der gør det muligt for det andet protein, GTPBP10, at komme ind og placere RNA’et i denne underenhed af ribosomet. Det interessante ud fra et grundvidenskabeligt synspunkt er, at RNA’et ikke er et hvilket som helst stykke RNA, men RNA’et i den katalytiske del af ribosomet. Det er en af de vigtigste stykker RNA i ribosomet og dermed essentielt for energiproduktion i mitokondrierne, funktionen af celler og alt multicellulært liv på Jorden,” siger Eva Kummer.
