Nové výsledky o klíčovém komplexu regulujícím Krebsův cyklus a oxidativní fosforylaci

Mitochondrie obsahují dvě důležité dráhy, a to Krebsův cyklus a oxidativní fosforylaci (OXPHOS). Zatímco Krebsův cyklus je centrem pro řadu katabolických a anabolických dějů, OXPHOS je zásadní pro tvorbu buněčné energie ve formě ATP. Proto jsou tyto dvě dráhy pod přísnou kontrolou. Mezi sebou jsou propojeny mitochondriálním respiračním komplexem II (CII), který je také znám jako sukcinát dehydrogenáza (SDH). CII je komplex proteinů, jehož asemblace (regulace a mechanismus) zatím nebyla vyřešena. Nedávno se laboratoři Jiřího Neužila (Biotechnologický ústav AV ČR v centru BIOCEV) spolu se skupinami Garyho Cecchini (University of California in San Francisco, Berkeley, CA, USA) a Tiny Iverson (Vanderbilt University, Nashville, TN, USA) podařilo objasnit počáteční kroky asemblace tohoto mitochondriálního komplexu.

Mitochondriální respirační complex CII leží na křižovatce Krebsova cyklu a OXPHOS s důležitou regulační rolí ve většině typů buněk včetně buněk nádorových. Za zmínku stojí skutečnost, že CII je deregulovaný či mutovaný u některých nádorů včetně endokrinních nádorů (paragangliom a feochromocytom), renálních nádorů a gastrointestinálních nádorů. CII se skládá ze čtyř podjednotek, SDHA, SDHDHB, SDHC a SDHC.

Jeho správná asemblace je katalyzována čtyřmi specifickými asemblačními factory SDHAF1, SDHAF2, SDHAF3 a SDHAF4. Ve velmi nedávné době se podařilo prokázat, že prvním a klíčovým stupněm asemblace CII je maturace jeho katalytické podjednotky SDHA. Navrhovaná dráha, která je ukázána v obrázku výše, je zahájena navázáním molekuly FAD na holoprotein SDHA, což vyžaduje SDHAF2 a dikarboxylát. Na metastabilní subkomplex SDHA-SDHAF2 se pak naváže SDHAF4, což vede k odstranění SDHAF2.

Tento krok zahrnuje přechodný vznik metastabilního komplexu SDHA-SDHAF2-SDHAF4, načež dojde ke vzniku metastabilního komplexu SDHA-SDHAF4. V tomto výzkumu vědci z Laboratoře molekulární terapie ukázali, že asemblační faktory SDHAF2 a SDHAF4 obsahují vnitřně neuspořadané sekvence, což umožňuje jejich specifickou postupnou interakci s SDHA, načež se tyto původně neuspořádané sekvence stávají uspořádanymi.

Dále zjistili, že mutace či delece kterékoliv podjednotky CII či asemblačního faktoru vede ke zhroucení asemblačního procesu. Jakmile dojde k maturaci SDHA, velmi rychle dochází k navázáni podjednotek SDHB, SDHC a SDHD, čemuž napomáhají SDHAF1 a SDHAF3. Tyto kroky jsou spontánní a vedou k plně asemblovanému a funkčnímu CII. Tento výzkum vedl k poznání, dle něhož je SDHA hlavní regulator asemblace CII. A motivoval vědce ke studiu dalších kroků maturace CII.

Jiří Neužil říká: "Poznání celého procesu maturace CII bude znamenat rozluštění regulace a mechanismu asemblace prvního mitochondriálního komplexu. Protože jsou podjednotku CII klasifikovány jako nádorové supresory, má náš výzkum též klinický rozměr. Naše představa o celkové asemblaci CII je znázorněna v následujícím obrázku."

Publikace: Sharma P, Maklashina E, Voehler M, Balintova S, Dvorakova S, Kraus M, Vanova KH, Nahacka Z, Zobalova R, Boukalova S, Cunatova K, Mracek T, Ghayee HK, Pacak K, Rohlena J, Neuzil J,* Cecchini G,* Iverson T* (2024) Disordered-to-ordered transitions in assembly factors allow the complex II catalytic subunit to switch binding partners. Nat Commun 15, 473. (*joint senior authors) doi: 10.1038/s41467-023-44563-7