Unik inblick i hur cellens kraftverk fungerar
Med hjälp av avancerad mikroskopiteknik har forskare vid Karolinska Institutet och Stockholms universitet avbildat det maskineri som cellernas energiproducenter, mitokondrierna, använder för att bygga sina proteiner. Fynden publiceras i tidskriften Nature och ger hopp om mer specifika antibiotika och nya cancerläkemedel i framtiden.
Mitokondrierna är cellens energiproducenter som behövs för att omvandla energin i maten till en fungerande ”energivaluta” för cellerna. De har sina egna proteinsyntesfabriker, de mitokondriella ribosomerna. Dessa ser annorlunda ut än de ribosomer som finns i cellens cytoplasma. Det har dock saknats kunskap om hur de mitokondriella ribosomerna produceras – fram tills nu.
Joanna Rorbach och Anas Khawaja vid Karolinska Institutet. Fotograf: Shreelatha Bhat
– Vi hoppades kunna få en ögonblicksbild av hur en del av mitokondriens ribosom sätts samman, men våra data avslöjade mycket mer än så. Dessa observationer öppnade för att upptäcka hela det samspel som krävs för att mitokondriens ribosomer ska bildas, säger Anas Khawaya, postdoktor vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik, Karolinska Institutet, och studiens ene försteförfattare.
Med hjälp kryo-elektronmikroskopi kunde forskarna avbilda viktiga nyckelspelare som bygger upp det komplexa maskineri som tillverkar ribosomer. Ett fynd var att en komponent kallad ribosom-bindande faktor A, RBFA, orkestrerar processen. Ribosomen består av två delar och liknar ett hamburgerbröd. Forskarnas analyser visar att ett protein kallat mS37 signalerar att dessa båda delar kan sättas samman och är redo för proteinsyntes.
Klinisk potential
Resultaten är exempel på cellbiologisk grundforskning, men den nya kunskapen kan även ge upphov till medicinska framsteg. Ett sådant är bättre riktade antibiotika. Mitokondrier liknar bakterier och de antibiotika som i dag angriper bakteriers förmåga att bilda proteiner slår även mot våra mitokondrier.
– Ribosomer i bakterier och i cellernas cytoplasma har studerats i decennier, medan vi nu bara är i början av att förstå hur mitokondrier tillverkar proteiner. Kan vi tydligare särskilja skillnaderna mellan hur bakterier och mitokondrier sätter samman sina ribosomer, skulle antibiotika kunna riktas mer specifikt, säger Joanna Rorbach, gruppledare vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik, Karolinska Institutet.
Hon har lett studien, tillsammans med Alexey Amunts forskargrupp vid institutionen för biokemi och biofysik vid Stockholms universitet.
Cancer är en annan framtida måltavla. Cancerceller utmärker sig jämfört med friska celler genom att växa snabbt och dela sig ofta, något som i sin tur kräver mycket omfattande nybildning av proteiner.
– Ett angreppssätt kan vara att aktivt hämma mitokondriernas ribosomer i just cancerceller, säger Joanna Rorbach.
Studien har fått stöd från Max Planck Sällskapet, Vetenskapsrådet, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Europeiska Forskningsrådet, Svenska Stiftelsen för Strategisk Forskning, Marie Sklodowska-Curie-initiativet samt Karolinska Institutet.
Publikation: ”Mechanism of mitoribosomal small unit biogenesis and preinitiation.” Yuzuru Itoh*, Anas Khawaja*, Ivan Laptev, Miriam Cipullo, Ilian Atanassov, Petr Sergiev, Joanna Rorbach# och Alexey Amunts#. Nature, online 8 juni, 2022, doi: 10.1038/s41586-022-04795-x
*försteförfattare, #korresponderande författare
