Лейцин известен прежде всего как незаменимая аминокислота, необходимая для построения белков. Однако ученые обнаружили у него дополнительную функцию: он способен влиять на работу митохондрий и помогать клеткам адаптировать производство энергии к доступности питательных веществ. О том, как лейцин регулирует работу митохондрий, — в материале «Известий».

Исследование опубликовано в научном журнале Nature Cell Biology. Ученые Кёльнского университета во главе с профессором Торстеном Хоппе изучили, как отдельные питательные вещества могут передавать клеткам информацию о доступности энергии.

Исследователи установили, что при повышении уровня лейцина клетки начинают вырабатывать больше энергии. Ключевым оказалось изменение стабильности определенных белков, расположенных на внешней мембране митохондрий.

Митохондрии используют поступающие в клетку вещества для производства энергии. Для этого им необходимо перемещать определенные молекулы внутрь органелл.

Лейцин препятствует разрушению белков внешней митохондриальной мембраны, которые участвуют в таком перемещении. В результате они дольше сохраняются, а митохондрии получают возможность эффективнее поддерживать клеточное дыхание и производство энергии.

Цяочу Ли, первый автор исследования

Мы были в восторге, обнаружив, что питательный статус клетки, особенно уровень лейцина, напрямую влияет на выработку энергии. Этот механизм позволяет клеткам быстро адаптироваться к повышенным потребностям в энергии в периоды избытка питательных веществ.

Ученые проследили обнаруженный эффект до белка SEL1L, который участвует в системе контроля качества внутри клетки. Он помогает распознавать белки, которые необходимо удалить, и направляет их на разрушение.

Лейцин, как выяснилось, снижает активность SEL1L. Поэтому часть белков митохондрий разрушается медленнее и продолжает поддерживать их работу. При этом исследователи предупреждают, что подобный механизм нельзя автоматически считать полезным.

Цяочу Ли

Модуляция уровней лейцина и SEL1L может стать стратегией для повышения выработки энергии. Однако важно действовать с осторожностью. SEL1L также играет решающую роль в предотвращении накопления поврежденных белков, что необходимо для долгосрочного здоровья клеток.

Согласно публикации, данное предупреждение важно, поскольку увеличение выработки энергии не всегда приносит пользу. Авторы утверждают, что те же клеточные системы, которые сохраняют полезные белки, в том числе помогают удалять дефектные.

Чтобы изучить последствия изменений в обмене лейцина, исследователи провели эксперименты с нематодой Caenorhabditis elegans. Этот организм часто используют в биологии, поскольку многие клеточные процессы у него схожи с механизмами более сложных организмов.

У червей нарушения расщепления лейцина сопровождались сбоями в работе митохондрий и проблемами с фертильностью. Таким образом, изменения метаболизма аминокислоты отразились не только на энергетических процессах, но и на функции организма. Этот результат дополняет данные о роли лейцина в клеточном обмене, однако сам по себе не показывает, что аналогичный эффект возникает у человека.

Отдельный эксперимент ученые провели на клетках рака легкого человека. Исследователи обнаружили, что некоторые мутации, затрагивающие обмен лейцина, могли повышать способность опухолевых клеток выживать.

По мнению авторов работы, результат может иметь значение для будущих исследований рака: вмешательство в связанные с лейцином метаболические пути потенциально может по-разному отражаться на здоровых и опухолевых клетках.

Авторы также отмечают более широкое значение открытия. Питательные вещества могут выступать не только источниками строительного материала или энергии, но и сигналами, которые помогают клеткам менять свою работу в зависимости от условий.