Клетки содержат митохондрии, специализирующиеся на производстве жиров

Митохондрии, известные как «электростанции клетки», десятилетиями были признаны клеточной органеллой, в которой сахар и жиры окисляются для получения энергии.

Теперь новые исследования ученых университета UCLA обнаружили, что не все митохондрии соответствуют этому определению. В каждой клетке можно найти группу специализированных митохондрий, прикрепленных к жировым каплям. Вместо того, чтобы сжигать жир для создания энергии, эти специализированные митохондрии отвечают за обеспечение энергии для создания и хранения молекул жира.

«Это действительно совершенно новый взгляд на митохондрии и то, что они могут сделать», — сказал ведущий автор доктор Ориан Ширихай, профессор медицины в области эндокринологии и фармакологии Медицинской школы Дэвида Геффена в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса. Открытие, опубликованное в Cell Metabolism, может однажды привести к новым методам лечения ожирения, болезней печени и других метаболических заболеваний, добавил он.

Митохондрии, небольшие органеллы, которые присутствуют сотнями или тысячами внутри многих типов клеток, содержат молекулярный механизм для получения АТФ, молекулы, которая хранит энергию в клетках. Митохондрии в любой данной клетке всегда считались однородными, потому что они постоянно сливаются и разделяются друг с другом в процессах, известных как «слияние» и «деление» соответственно.

В прошлом исследователи заметили, что, глядя на клетки под микроскопом, некоторые митохондрии ассоциируются с липидными каплями, небольшими скоплениями жировых молекул. Эти митохондрии, связанные с липид-каплей, особенно многочисленны в коричневом жире, недавно обнаруженном типе жировой ткани, которая использует жир для выработки тепла, а не для хранения жира.

Исследователи более подробно рассмотрели эту группу митохондрий. Во-первых, они заметили, что митохондрии, сгруппированные вокруг липида, как представляется, не взаимодействуют в нормальном цикле деления и синтеза с остальными митохондриями в коричневых жировых клетках.

«Они похожи на эксклюзивный клуб митохондрий, которые не допускают других», — сказал Ширихай, возглавляющий тему исследований метаболизма в Медицинской школе Геффен. «И тогда возникает большой вопрос: почему они так себя ведут?»

Чтобы ответить на вопрос, исследователи разработали новый метод извлечения митохондрий, связанных с липид-каплями, из клеток. Они отделяли жировые капли от других клеточных компонентов, помещали жиры в раствор и окрашивали смесь для обнаружения присутствия митохондрий, подтверждая, что органеллы оставались связанными с изолированными каплями липидов. Затем они центрифугировали на высокой скорости образцы, отделяя митохондрии для дальнейшего изучения.

Когда команда изучила выделенные митохондрии, ученые обнаружили, что они биохимически отличаются от митохондрий, обнаруженных в другом месте клетки.

«Большинство исследователей предполагали, что липидные капли похожи на закусочную, где митохондрии отправились поесть», — сказал Ширихай. «Оказывается, наоборот, митохондрии помогают строить липидные капли».

Когда коричневые жировые клетки активируются, чтобы сжигать жир и вырабатывать тепло, как это происходит в холоде, митохондрии диспергируются из капель липидов.

«Если мы определим способы предотвращения взаимодействия митохондрий с липидными каплями, в первую очередь, мы сможем активировать коричневый жир, чтобы сжигать жиры и лечить ожирение», — говорят исследователи.

Вывод также ставит под сомнение традиционные методы, используемые для изучения митохондрий. Чтобы изолировать митохондрии для исследования, ученые обычно используют протоколы, которые отделяют органеллы от других компонентов клеток, включая жиры, которые отбрасываются. Теперь, оказывается, те измельченные жиры, вероятно, включали подмножество ранее не исследованных митохондрий.

«Мы систематически выбрасывали все эти липид-ассоциированные митохондрии во всех исследованиях, которые были сделаны на митохондриях в прошлом», — сказал Ширихай.

В настоящее время команда UCLA планирует изучить, имеют ли митохондрии других типов тканей, включая печень, которая строит много молекул жира, эту специализированную функцию, помогая собирать липидные капли.

Больше информации: Ilan Y. Benador et al. Mitochondria Bound to Lipid Droplets Have Unique Bioenergetics, Composition, and Dynamics that Support Lipid Droplet Expansion, Cell Metabolism (2018). DOI: 10.1016/j.cmet.2018.03.003