Лейцин делает больше, чем строит мышцы — он заряжает клетки энергией

Лейцин делает больше, чем просто строит мышцы. Он заряжает ваши клетки.

Митохондрии часто называют энергетическими станциями клетки, поскольку они производят большую часть энергии, необходимой нашему организму для роста, движения, восстановления тканей и выполнения повседневных функций. Но они не работают с постоянной скоростью. Вместо этого митохондрии постоянно регулируют свою активность в зависимости от того, сколько энергии требует клетка и какие питательные вещества доступны.

Ученые давно знали, что питание может влиять на этот процесс. Менее ясно было то, как именно отдельные питательные вещества посылают сигналы, изменяющие активность митохондрий.

Теперь исследователи под руководством профессора доктора Торстена Хоппе из Института генетики и кластера передового опыта CECAD по исследованию старения при Кёльнском университете выявили новый механизм с участием аминокислоты лейцина. Их результаты показывают, что лейцин может помогать стабилизировать важные белки в митохондриях, позволяя органеллам более эффективно вырабатывать энергию.

Исследование, опубликованное в Nature Cell Biology, носит название «Leucine inhibits degradation of outer mitochondrial membrane proteins to adapt mitochondrial respiration» (Лейцин препятствует деградации белков наружной мембранной оболочки митохондрий для адаптации митохондриального дыхания).

Как лейцин помогает митохондриям производить энергию

Лейцин — незаменимая аминокислота, что означает, что человеческий организм не способен синтезировать её в достаточном количестве и должен получать её с пищей. Аминокислоты — это строительные блоки для синтеза белков, и лейцин особенно богат в продуктах с высоким содержанием белка, таких как молочные продукты, мясо, бобы и чечевица.

Исследователи обнаружили, что лейцин делает больше, чем просто участвует в синтезе белков. Он также помогает предотвращать разрушение определенных белков, расположенных на внешней поверхности митохондрий.

Эти белки играют важную роль в метаболизме, поскольку они способствуют перемещению других молекул в митохондрии, где те могут быть использованы в энергетическом обеспечении клетки. Когда лейцин помогает сохранять эти белки, митохондрии могут работать эффективнее и увеличивать количество вырабатываемой клеткой энергии.

«Мы были в восторге, обнаружив, что нутритивный статус клетки, особенно уровень лейцина, прямо влияет на производство энергии», — сказал доктор Цяочу Ли, первый автор исследования. «Этот механизм позволяет клеткам быстро адаптироваться к повышенным энергетическим потребностям в периоды изобилия питательных веществ».

Белок клеточного контроля качества играет ключевую роль

Команда проследила этот эффект до белка под названием SEL1L, который участвует в системе контроля качества внутри клетки.

Клетки постоянно проверяют свои белки, потому что поврежденные или неправильно свернутые белки могут нарушать нормальную работу. SEL1L помогает выявлять белки, подлежащие удалению, и направляет их на деградацию.

По данным исследователей, лейцин, по-видимому, снижает активность SEL1L. Это означает, что меньше митохондриальных белков подвергается разрушению, позволяя большему их числу оставаться на месте и поддерживать функцию митохондрий.

«Модуляция уровней лейцина и SEL1L может быть стратегией для увеличения производства энергии», — добавил Ли. «Однако важно действовать осторожно. SEL1L также играет ключевую роль в предотвращении накопления поврежденных белков, что имеет решающее значение для долгосрочного здоровья клетки».

Это предупреждение важно, потому что повышение производства энергии не обязательно полезно во всех ситуациях. Те же клеточные механизмы, которые сохраняют полезные белки, также помогают устранять дефектные, поэтому изменение этого баланса может иметь непредвиденные последствия.

Влияние на фертильность и раковые клетки

Чтобы изучить более широкие эффекты метаболизма лейцина, исследователи также изучали Caenorhabditis elegans, крошечную круглую нематоду, часто используемую в биологии, поскольку многие её клеточные процессы похожи на процессы в более сложных организмах.

У нематод проблемы с расщеплением лейцина нарушали функцию митохондрий и были связаны с проблемами фертильности.

Ученые также исследовали клетки человеческого рака легкого. Они обнаружили, что некоторые мутации, влияющие на метаболизм лейцина, могли помогать раковым клеткам выживать. Это наблюдение может быть важным для будущих исследований рака, поскольку методы, изменяющие пути, связанные с лейцином, могут по-разному влиять на здоровые и опухолевые клетки.

Выводы добавляют доказательств в пользу того, что питательные вещества делают больше, чем просто служат сырьем для организма. Они также могут действовать как сигналы, влияющие на то, как функционируют клетки.

В этом случае лейцин, по-видимому, помогает клеткам регулировать производство энергии в соответствии с доступностью питательных веществ, защищая ключевые митохондриальные белки от деградации.

Раскрывая эту ранее неизвестную связь между лейцином, контролем качества белков и митохондриальным метаболизмом, исследователи определили потенциально новые мишени для лечения заболеваний, при которых нарушено клеточное производство энергии, включая рак и метаболические расстройства.

Работа была поддержана программой «Excellence Strategy» Германии в рамках CECAD, а также различными Сотрудничающими исследовательскими центрами, финансируемыми Немецким исследовательским сообществом (DFG). Дополнительную поддержку обеспечили Европейский исследовательский совет через грант ERC Advanced Grant «Cellular Strategies of Protein Quality Control-Degradation» (CellularPQCD) и Фонд Александра фон Гумбольдта.

Материалы предоставлены Кёльнским университетом. ПРИМЕЧАНИЕ: содержание могло быть отредактировано для стиля и объема.

Qiaochu Li, Konstantin Weiss, Fuateima Niwa, Jan Riemer, Thorsten Hoppe. Leucine inhibits degradation of outer mitochondrial membrane proteins to adapt mitochondrial respiration. Nature Cell Biology, 2025; 27 (11): 1889 DOI: 10.1038/s41556-025-01799-3