Ученые доказали участие митохондриального фермента в регуляции генов ядра

Канадские исследователи из Университета Альберты открыли метаболический механизм, связанный с регуляцией ДНК. Это открытие может быть значимым для понимания многих заболеваний, в том числе рака. В хоте работы ученые выявили в ядре фермент, называемый пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК), который осуществляет декарбоксилирование пирувата с образованием углекислого газа, ацетил-коэнзим А (ацетил-КоА) и выделением энергии.

Ранее считалось, что ПДК есть исключительно в митохондриях, где субстратом для реакции служат углеводы, получаемые с пищей. Оказалось, что ПДК, синтезированный в митохондриях, каким-то образом проникает в ядро и также функционирует там. При этом производимый ацетил-КоА может использоваться для ацетилирования гистонов, то есть для осуществления одного из механизмов эпигенетического контроля. Ученые обнаружили, что активность ПДК в ядре изменяется в зависимости от периода клеточного цикла, а увеличение количества ПДК в ядрах опухолевых клеток приводит к ускорению их роста.

По словам ведущего автора, научного сотрудника Гопината Сатендра (Gopinath Sutendra) открытие произошло почти случайно. Первичной целью было исследование активности ПДК в митохондриях, но в образцах оказались также ядра клеток, и в них неожиданно обнаружили наличие ПДК. Профессор Эвангелос Михелакис (Evangelos Michelakis) подчеркнул, что роль ацетилирования ДНК и присутствия в ядре ацетил-КоА было известно давно, но не было понятно, откуда в ядре берется эта молекула. Исследователи очень рады, что, наконец, нашли ответ на этот вопрос. Более того, им удалось найти прямую связь между метаболизмом и регуляцией генов.

Нитка ДНК компактно «укладывается» в ядре благодаря комплексу с белками гистонами. Одна из функций гистонов состоит в предотвращении экспрессии генов путем сохранения ДНК в «плотно упакованном» виде. Для осуществления этой функции гистоны должны быть в определенной, деацетилированной форме. Возможен переход от деацитилированной формы гистонов в ацетилированную. При этом источником ацильной группы служит молекула ацетил-КоА. Присоединение ацильной группы «расслабляет» комплекс гистонов и позволяет генам экспрессироваться. Это один из механизмов эпигенетического контроля ДНК, который играет важную роль как в нормальном протекании процессов развития организма, так и в этиологии многих заболеваний.