Ученые из Техасского университета A&M (Texas A&M College of Veterinary Medicine and Biomedical Sciences) выяснили, что избыток рибонуклеиновой кислоты (РНК) в клетке способен повреждать митохондрии — структуры, которые вырабатывают основную часть энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Исследование показало неожиданную связь между накоплением РНК и выработкой клеточной энергии.
В нормальных условиях клетка постоянно создает и расщепляет РНК. Этот процесс очистки регулирует производство белков, удаляет дефектные молекулы и контролирует иммунный ответ. Новая работа указывает на еще одну важную функцию такой очистки — она защищает энергетические ресурсы клетки. Как отметил профессор Чжилун Ян, ранее было известно, что разрушение РНК помогает контролировать синтез белков и убирать поврежденные молекулы, однако исследование выявило и другую роль: поддержание энергии, нужной клетке для нормальной работы.
Вирусы, размножаясь в зараженной клетке, производят большие объемы РНК. Когда ее образуется больше, чем клетка успевает расщепить, излишки начинают мешать митохондриям и снижают выработку энергии. Ранее ученые знали, что избыток двуцепочечной РНК (dsRNA) может вызывать вредные иммунные реакции. Неожиданным оказалось то, что повреждать митохондрии способна и обычная матричная РНК (мРНК). По словам Яна, мРНК — нормальный компонент клетки, но при избытке она, как и многие полезные вещи, становится проблемой.
Это создает трудность для самих вирусов: они полностью зависят от клетки-хозяина в энергии и производстве белков, но чрезмерное количество вирусной РНК может повредить механизмы, нужные для размножения. Поксвирусы, к которым относятся возбудители оспы и mpox (оспы обезьян), по-видимому, научились справляться с этим, используя механизмы очистки РНК. Благодаря этому зараженные клетки дольше остаются работоспособными, что позволяет вирусу размножаться. Как пояснил Ян, больная клетка не обеспечит хорошей репликации, поэтому вирусу нужно поддерживать баланс РНК.
Чтобы понять, как именно избыток РНК влияет на митохондрии, исследователи сначала предположили, что повреждение идет косвенно через активацию иммунитета. Однако опыты показали, что иммунный ответ для этого не требуется: когда ученые выделили только митохондрии и добавили к ним РНК, повреждение все равно возникало. По словам первого автора работы Джамаля Брахима Бельхауари, это стало моментом, когда стало ясно, что речь может идти о ранее неизвестной клеточной реакции на РНК. Проблемы с митохондриями также появлялись раньше заметной активации иммунитета и не зависели от обычных иммунных путей.
Точный механизм пока не установлен, но авторы предложили объяснение, связанное с электрическим зарядом. Митохондрии вырабатывают энергию, поддерживая разницу зарядов и химического состава на внутренней мембране, что помогает производить АТФ — основное «топливо» клетки. РНК несет отрицательный заряд, и исследователи предполагают, что ее крупные скопления рядом с митохондриями могут нарушать электрические условия, нужные для эффективной выработки энергии. По словам Яна, это новая концепция, которую ученые продолжают изучать. Авторы также отмечают, что накопление РНК наблюдается при некоторых видах рака, нейродегенеративных и возрастных заболеваниях, а понимание этого механизма может помочь в разработке и оптимизации будущих РНК-терапий и вакцин.