W obliczu braku ATP z mitochondriów jądro komórkowe może uruchomić własne mechanizmy syntezy tych cząsteczek.
Hiszpańscy biolodzy zidentyfikowali kluczowe szczegóły dotyczące działania tego „alternatywnego źródła energii” i zidentyfikowali jego najważniejsze białka. Jest to opisane w artykule opublikowanym w czasopiśmie Science.
Całkowita długość DNA w każdej komórce ludzkiego ciała wynosi około 2 m i niemożliwe jest umieszczenie go w jądrze bez złożonego i gęstego upakowania. Jednocześnie wiele procesów związanych z DNA, w tym replikacja, naprawa i regulacja aktywności genów, wymaga „rozpakowania” chromatyny i działania białek, które zużywają energię w postaci cząsteczek ATP. ATP jest syntetyzowany przez mitochondria (rzadziej iw małych ilościach powstają podczas reakcji glikolizy w cytoplazmie).
Jednak przy masowej rearanżacji chromatyny pojawia się problem dostarczania wymaganych ilości ATP do jądra. Dlatego ponad pół wieku temu założono, że jądro ma własne mechanizmy syntezy cząsteczek ATP. Dowodzą tego również nowe prace przeprowadzone przez hiszpańskich biologów pod kierunkiem Miguela Beato z Barcelońskiego Instytutu Nauki i Technologii (BIST).
Autorzy eksperymentowali na hodowli komórek raka piersi. Zmierzyli stosunek ATP do ADP („zużytych” cząsteczek nośnika energii) w różnych częściach komórki: w mitochondriach, w cytozolu i w jądrze. Blokując produkcję ATP w mitochondriach, naukowcy wykazali, że jądro szybko wyczerpuje nagromadzone rezerwy ATP. Jednak w warunkach potrzeby poważnej rearanżacji chromatyny (z dodatkiem progestyny, która stymuluje głębokie zmiany w metabolizmie komórkowym), zawartość ATP w jądrze nadal wzrastała, mimo że mitochondria nie uzupełniały już ich zapasów.
Źródłem ATP w jądrze jest poli (ADP-ryboza) (poli (ADP-ryboza), PAR), która jest tu wykorzystywana w szczególności do regulacji aktywności poszczególnych enzymów. Hydroliza PARG do pojedynczych monomerów jest prowadzona przez białko PARG. W obecności pirofosforanów hydrolaza NUDIX5 katalizuje ich konwersję do ATP. Miguel Beato i współpracownicy wykazali, że hamowanie któregokolwiek z tych białek zapobiega gromadzeniu się ATP w jądrach komórek, nawet tych poddanych działaniu progestyny, i prowadzi do gwałtownego spowolnienia procesów wymagających przegrupowania chromatyny.
Jednocześnie autorzy zauważyli, że oba enzymy wykazują zwiększoną aktywność w komórkach nowotworowych. Sugeruje to, że rearanżacje genomu zachodzące w guzie wymagają aktywnej syntezy ATP w jądrach komórkowych, co sprawia, że NUDIX5 jest obiecującym celem do tworzenia nowych leków przeciwnowotworowych.
Roman Fishman
Film promocyjny:
