Et protein kan fungere som en afstandsholder inde i mitokondrier, cellernes energiproducerende strukturer. Forskere har identificeret en molekylær forbindelse, som holder de to membraner adskilt. Når forbindelsen forlænges, ændres både mellemrummets størrelse og mitokondriernes optagelse af calcium.

University of Ottawa fremhæver opdagelsen i en omtale dateret 22. oktober. Selve studiet blev offentliggjort online i Science Advances den 14. oktober og indgår i tidsskriftets udgave fra 16. oktober. Nyheden er altså universitetets aktuelle præsentation af et allerede offentliggjort forsøg.

En lille afstand med en konkret funktion

Proteinet hedder SPRIZ og dannes ud fra genet Ccdc127. Ifølge forskernes abstract samles to proteinmolekyler til en forbindelse på omkring 18 nanometer. Den er forankret i den ydre membran og har kontakt med den indre, så den lokale afstand mellem dem bliver bestemt af proteinets opbygning.

Forskerne fandt med kryo-elektrontomografi stavlignende strukturer mellem membranerne. Observationerne passer med den stive struktur, som deres model af SPRIZ forudsiger. Det er en vigtig sammenhæng mellem beregning og observation: En model kan foreslå en form, mens billeder af mitokondrier undersøger, om noget tilsvarende faktisk findes.

En nanometer er en milliardtedel meter. På den skala kan en afstand, som er umulig at se med det blotte øje, stadig være stor i forhold til molekylernes omgivelser. Derfor er det ikke nok at beskrive et mitokondrie ved dets samlede størrelse; indretningen kan også have betydning.

Forskerne gjorde afstandsholderen længere

Holdet konstruerede også en forlænget variant, kaldet MARTINI. I muselever målte de i todimensionelle billeder omkring tre gange større areal af mellemrummet med SPRIZ og omkring 5,5 gange større med MARTINI. Tredimensionelle undersøgelser understøttede, at den forlængede variant øgede adskillelsen og mellemrummets normaliserede volumen.

Resultatet skal læses præcist: Tallene beskriver bestemte målinger i forsøget. De betyder ikke, at hele mitokondriet blev 5,5 gange større, eller at cellen producerede tilsvarende mere energi. Areal, volumen og energiproduktion er forskellige størrelser.

Det udvidede mellemrum gav større adgang for det undersøgte stof mannitol, mens optagelsen af calcium blev hæmmet. Forsøget kobler dermed ændret geometri til en målbar funktion. Det er stærkere end blot at vise to billeder med forskellig afstand, men fortæller stadig ikke, at enhver udvidelse vil have samme virkning i alle celletyper.

Hvorfor har mitokondrier to membraner?

Mitokondrier leverer størstedelen af den kemiske energi, som mange af cellens reaktioner bruger. Energien stilles til rådighed gennem molekylet ATP. Det amerikanske genomforskningsinstitut NHGRI beskriver, hvordan celler med stort energibehov, blandt andet i muskler, har mange mitokondrier.

De to membraner udfører forskellige opgaver. Den ydre omslutter strukturen og rummer kanaler, som tillader transport ind og ud. Den indre er foldet og indeholder centrale dele af det maskineri, der producerer ATP. Mellemrummet ligger mellem disse to funktionelt forskellige grænser.

Det gør billedet af et kraftværk nyttigt, men ufuldstændigt. Der er både maskineri og rum, som stoffer skal bevæge sig igennem. SPRIZ-studiet retter opmærksomheden mod netop rummets dimensioner: Cellen kan tilsyneladende regulere en del af sin indre arkitektur gennem et bestemt protein.

Et forskningsværktøj, endnu ingen behandling

Universitetet beskriver arbejdet som en kombination af genetiske forsøg, proteinanalyse, computersimuleringer og avanceret billeddannelse. I mus ændrede fjernelse af genet membranafstanden, uden at mitokondriernes overordnede struktur brød sammen. Dyrene var levedygtige.

Det giver forskerne en mulighed for at undersøge mellemrummets rolle mere målrettet. Den kunstigt forlængede variant kan bruges til at stille spørgsmål om, hvilke processer der påvirkes, når afstanden ændres, frem for blot at sammenligne raske og beskadigede mitokondrier.

University of Ottawa peger på mulig relevans for sygdomme, hvor mitokondrier fungerer dårligt. Men studiet er grundforskning. Det dokumenterer ikke en behandling af Parkinsons sygdom eller andre lidelser, og der præsenteres ingen patientbehandling. Det konkrete fremskridt er en mekanisme og et eksperimentelt greb, som kan gøre kommende undersøgelser mere præcise.

Kilder og videre læsning

Har du fundet en fejl? Læs om rettelser.