Alle eukaryote celler indeholder små ”energifabrikker” kaldet mitokondrier, som producerer det universelle energimolekyle ATP. For at kunne dette er mitokondrier nødt til at opretholde en rumlig adskillelse af de membranproteiner, som udfører forskellige trin i dannelsen af ATP.

Når celler nedbryder sukkerstoffer, trækkes der energi ud, som bruges i mitokondrierne til produktion af ATP. Centralt i denne proces er fire membranprotein-komplekser, kaldet kompleks I, II, III og IV, der tilsammen opbygger en energetisk gradient, som bruges i kompleks V til ATP syntese. Disse ATP molekyler kan derefter bruges til at opretholde et utal af reaktioner overalt i cellerne, hvilket er essentielt for liv.

Det er velkendt, at de respiratoriske komplekser I, III og IV interagerer med hinanden og danner såkaldte respiratoriske superkomplekser, hvilket optimerer samspillet komplekserne imellem. Indtil nu har forskere ikke observeret, at kompleks II er en del af superkomplekserne. I mitokondrier fra pattedyr er superkomplekser rumligt adskilt i membranen fra kompleks V, hvor superkomplekser kun befinder sig i membranregioner uden krumning. Der findes imidlertid encellede eukaryote organismer såsom Tetrahymena thermophila, hvis mitokondrier udelukkende indeholder membraner med krumning, og derfor har det været et stort spørgsmål, hvor superkomplekser befinder sig i disse membransystemer.

Nu har et internationalt hold af forskere, med deltagelse af postdoc Rasmus Kock Flygaard fra Institut for Molekylærbiologi og Genetik ved Aarhus Universitet, besvaret en række centrale spørgsmål vedrørende superkomplekser fra Tetrahymena.

”Vi har for første gang nogensinde vist, at kompleks II også kan indgå i et superkompleks, hvilket viser en utrolig optimering af processen for ATP dannelse”, udtaler Rasmus Kock Flygaard. ”Derudover så kan vi med vores struktur se, at superkomplekser ikke følger en enkelt grundplanstegning for opbygning, men tværtimod er der en overraskende variation, hvilket ikke tidligere var tænkt muligt”.

Denne variation i opbygning af superkomplekset er også helt central i spørgsmålet om dets eksistens i krumme membraner, og Rasmus Kock Flygaard fortsætter:

”Superkomplekset fra Tetrahymena er blevet ombygget og udvidet med et utal af proteiner og ekstra domæner, som overordnet set giver superkomplekset en krum arkitektur, så det er fuldstændig tilpasset og udviklet til at eksistere i krumme membraner. Dette er et utroligt eksempel på, hvordan naturen er i stand til at tilpasse ellers konserverede proteinkomplekser til nye omgivelser for at bibeholde funktion. Nu har vi undersøgt en enkelt organismes membranproteinstruktur og gjort helt nye opdagelser. Der er så mange flere encellede eukaryote organismer, der ligeledes bare venter på at blive beskrevet, så vi kan give et mere nuanceret billede af, hvordan livet har udviklet og tilpasset sig.”

Resultaterne er offentliggjort i det internationale tidsskrift Nature med Rasmus Kock Flygaard som delt førsteforfatter.

Mere information

Postdoc Rasmus Kock Flygaard
Institut for Molekylærbiologi og Genetik
Aarhus Universitet
rkf@mbg.au.dk

Supplerende oplysninger

SUPPLERENDE OPLYSNINGER, HERUNDER KONTAKTOPLYSNINGER

Vi bestræber os på, at alle vores artikler lever op til Danske Universiteters principper for god forskningskommunikation. På den baggrund er artiklen suppleret med følgende oplysninger:

PUNKTER	INDHOLD OG FORMÅL
Studietype	Eksperiment
Ekstern finansiering	Denne arbejde er støttet af SciLifeLab EM facility (funded by the KAW, EPS and Kempe foundations), the Center for Scientific Computing, Finland for high-performance supercomputing resources, the EMBO Young Investigator Program, the Swedish Foundation for Strategic Research (FFL15:0325), the Ragnar Söderberg Foundation (M44/16), Cancerfonden (2017/1041), the European Research Council (ERC-2018-StG-805230) and the Knut and Alice Wallenberg Foundation (2018.0080). V.S. was supported by the Academy of Finland, the Sigrid Jusélius Foundation, the Jane and Aatos Erkko Foundation, the Magnus Ehrnrooth Foundation and the University of Helsinki. A.Maréchal was supported by the Medical Research Council (CDA MR/M00936X/1, transition support MR/T032154/1).
Interessekonflikt	Ingen
Link til den videnskabelige artikel	Alexander Mühleip, Rasmus Kock Flygaard, Rozbeh Baradaran, Outi Haapanen, Thomas Gruhl, Victor Tobiasson, Amandine Maréchal, Vivek Sharma & Alexey Amunts Structural basis of mitochondrial membrane bending by the I–II–III2–IV2 supercomplex Nature doi: 10.1038/s41586-023-05817-y