Met behulp van gistcellen als model, wetenschappers van de A.N. Belozersky Instituut voor Fysisch-Chemische Biologie, Lomonosov Moscow State University onderzocht de mechanismen waarmee cellen zichzelf kunnen beschermen tegen invasie van zelfzuchtige mitochondriale DNA-moleculen. De bevindingen werden gepubliceerd in de Tijdschrift voor celwetenschap .

De informatie over de structuur en het functioneren van een cel is gecodeerd in zijn DNA. Hoewel de meeste van deze informatie is gecodeerd in nucleair DNA, een klein maar essentieel deel wordt apart opgeslagen in mitochondriaal DNA (mtDNA). De belangrijkste rol van mitochondriën is om energie om te zetten in ATP - de "moleculaire valuta" van een cel. Mitochondriaal DNA codeert voor enkele van de eiwitten die betrokken zijn bij de mitochondriale functie. Egoïstische mitochondriale DNA-moleculen ontstaan ​​als gevolg van mutaties. Dergelijke mtDNA-moleculen bevatten meestal grote deleties. Deze mtDNA-moleculen bevatten geen informatie die nodig is voor mitochondriale werking, maar hebben een concurrentievoordeel ten opzichte van functionele mtDNA-moleculen - omdat ze korter zijn dan het normale mtDNA, egoïstische mtDNA-moleculen kunnen sneller repliceren dan de normale. Als resultaat, uiteindelijk vervangen egoïstische mtDNA's functionele mtDNA-moleculen. De opeenhoping van zelfzuchtige mtDNA-moleculen in de cellen kan het functioneren van de mitochondriën schaden en pathologieën veroorzaken. In hun werk onderzochten de wetenschappers mogelijke strategieën om cellen te beschermen tegen egoïstische mtDNA-klonale expansie.

Dmitry Knorre, een senior onderzoeker bij de A.N. Belozersky Instituut voor Fysisch-Chemische Biologie, de corresponderende auteur van de studie deelt:"We hebben gistcellen gekruist die verschillende (normale en egoïstische) varianten van mtDNA bevatten en hebben de resultaten van hun "concurrentie" waargenomen. Dit experiment was mogelijk omdat diploïde gistcellen, in tegenstelling tot zoogdierzygoten, erven mtDNA's van beide gameten (ouders)."

De biologen hebben ontdekt dat de ontkoppelaars van oxidatieve fosforylering (namelijk, verbindingen, die de efficiëntie van mitochondriale energieconversie verminderen) de resultaten van deze "competitie" veranderen in het voordeel van functioneel mtDNA. Opmerkelijk, dit effect van ontkoppelaars kon alleen in die cellen worden waargenomen, waar mitochondriën zich in afzonderlijke fragmenten konden verdelen en intracellulaire spijsvertering konden ondergaan.

Dmitry Knorre zegt:"We hebben ontdekt dat ontkoppelaars de mitochondriale omzetting in de cellen stimuleren. dit effect is alleen goed uitgesproken in zygoten, maar niet in haploïde gistcellen. Misschien, de vertering van niet-functionele mitochondriën is een evolutionair geconserveerd mechanisme dat organismen beschermt tegen invasie van egoïstisch mtDNA tijdens seksuele reproductie."

In hun onderzoek hebben de wetenschappers hebben fluorescentiemicroscopie en elektronenmicroscopie en ook moleculair-biologische technieken gebruikt.

De biologen gaan verder met het bestuderen van de afbraakmechanismen van mitochondriën in verschillende stadia van de levenscyclus van gisten. Ze willen ontdekken hoe de cellulaire moleculaire machinerie van "mitochondria-digestie" slechte mtDNA's herkent die verborgen zijn door twee membraanlagen en hoe de cel beslist om dit mitochondrion al dan niet te elimineren.