Binnen de mitochondriën vinden complexe biochemische processen plaats die de energie in de koolhydraten die we eten omzetten in het belangrijke energieopslagmolecuul ATP (adenosinetrifosfaat). ATP is in wezen de "brandstof" die alle processen in levende cellen aandrijft. Als de ATP-productie om de een of andere reden wordt geremd, kan dit ernstige gevolgen hebben voor het menselijk lichaam, waaronder ernstige ziekte en overlijden.

De regio's in de mitochondriën waar ATP-synthese plaatsvindt, staan ​​​​bekend als de cristae, dit zijn gevouwen uitsteeksels op het binnenste mitochondriale membraan. "De cristae bevatten moleculaire machines die werken als turbines en de gecontroleerde stroom van waterstofionen gebruiken om de ATP-synthese aan te drijven", legt Martin van de Laan, hoogleraar medische biochemie aan de universiteit van Saarland, uit. "Dit elegante mechanisme kan alleen functioneren als de interne fijne structuur van de mitochondriën en de vorming van de cristae continu in stand worden gehouden", voegt prof.dr. van der Laan toe.

In samenwerking met zijn team en met collega's van het Max Delbrück Center for Molecular Medicine in Berlijn heeft Van der Laan inzicht gekregen in de moleculaire structuur van een grote en complexe scaffold-achtige eiwitassemblage die een belangrijke rol speelt bij het beheersen van de cristae-architectuur . Hun resultaten zijn nu gepubliceerd inScience Advances .

Dit moleculaire apparaat, bekend als de Mitochondriale Contact Site en Cristae Organizing System (MICOS), fungeert in feite als toegangspoort tot de cristae-compartimenten. De MICOS-eiwitsubeenheden Mic60 en Mic19 hebben beide membraanvormende capaciteiten en samen functioneren ze als een "portier", waardoor alleen geselecteerde moleculen het binnenste van de cristae kunnen binnenkomen of verlaten.

Het onderzoeksteam heeft nu laten zien hoe de MICOS-componenten Mic60 en Mic19 filamenteuze bundels vormen die zichzelf kunnen assembleren tot een gewelfde moleculaire structuur die de ingang van de cristae overspant. "Dit koepelachtige samenstel is elastisch vastgemaakt aan de mitochondriale membranen", legt professor van der Laan uit. "Het ontwerp en de architectuur van MICOS bieden ons belangrijke inzichten in hoe MICOS kan fungeren als een flexibele maar controleerbare toegangspoort tot de cristae en zo het mitochondriale energiemetabolisme kan reguleren."

Deze doorbraak was mogelijk dankzij de nauwe samenwerking tussen de twee deelnemende onderzoeksgroepen die met succes gegevens uit de structurele opheldering van gezuiverde en gekristalliseerde MICOS-fragmenten wisten te combineren met de resultaten van gerichte functionele analyses van genetisch gemodificeerde MICOS-varianten in levende cellen.

Deze baanbrekende nieuwe resultaten hebben de weg vrijgemaakt voor verder interdisciplinair onderzoek naar dit opwindende onderwerp. De vervolgstudies zullen de nu geïdentificeerde gewelfachtige structuur onderzoeken en analyseren om de betekenis ervan voor de structuur en functie van de cristae en voor het mitochondriale energiemetabolisme te bepalen. Met het oog op de toekomst voegde Van der Laan eraan toe dat ze "hoopvol zijn dat ons werk zal leiden tot andere belangrijke ontwikkelingen, die op hun beurt ons begrip van aandoeningen die voortkomen uit mitochondriale disfunctie zullen verbeteren." + Verder verkennen

Mitochondriën passen zich efficiënt aan veranderende metabolische omstandigheden aan