Drosophila metabolismi uurimisgrupp

1. Mitokonder on kõige paremini tuntud kui peamine ATP sünteesi koht, kuid lisaks sellele osaleb ta ka paljudes teistes metaboolsetes protsessides, sünteesides mitmeid raku elutegevuseks olulisi metaboliite. Selleks on vaja tagada kõikide vajaminevate valkude transport mitkondrisse, kuna mitokondri proteoomist sünteesitakse vaid väike osa (13) selles organellis. Need valgud on aga absoluutselt vajalikud elektronide transpordiahela (ETA) komplekside osad, ilma milleta see mehhanism ei tööta. Antud süsteem tagab ATP sünteesi läbi prootongradiendi genereerimise, mille tulemusena tekib ka mitokondriaalne membraanpotensiaal, mis on omakorda vajalik valkude transpordiks mitokondrisse. Neid 13-t valku kodeeritakse mitokondris oleva nn. mitokondriaalse DNA (mtDNA) poolt, mis on jäänuk kunagise mitokondri eelorganismi genoomist. Seega sõltuvad kõik mitokondri funktsioonid mtDNA normaalsest funktsioneerimisest, mistõttu põhjustavad mtDNA-ga seotud häired raskeid, tihtipeale letaalseid patoloogiaid. Minu selle uurimistöö teemaks on välja selgitada, kuidas on koordineeritud mtDNA süntees ja transkriptsioon ning millisel määral on need kaks protsessi omavahel põimunud. Oma töö tulemusena olen avastanud, et DNA ja RNA sünteesi üheaegseks probleemideta kulgemiseks on vajalik nende protsesside reguleerimine, et vältida nende omavahelisi kokkupõrkeid mtDNA matriitsil. Selle toimumisel on häiritud mõlemad protsessid, avaldades Drosophila mudelorganismis tugevalt negatiivset mõju elulemusele ja metabolismile. Veel enam, need kaks protsessi täiendavad üksteist, sest replikatsioon saab kulgeda häireteta vaid siis, kui transkriptsiooni poolt sünteesitud RNA ahel paardub mahajääva DNA ahelaga, võimaldades selle ahela sünteesi praimeerimist.

2. Mitokondriaalne DNA eksisteerib mitokondris analoogselt tuuma kromatiiniga kompleksis mitmete valkudega, moodustades struktuuri, mida nimetatakse mitkondriaalseks nukleoidiks. Mitmeid nendest valkudest on otseselt seotud DNA sünteesi ja geenide ekspressiooniga – DNA ja RNA polümeraasid, transkriptsioonifaktorid, helikaas jne. Kuid üllatavalt kombel leidub seal ka hulgaliselt ensüüme, millel on keskne roll mitmetes olulistes metaboolsetes radades. Seepärast on võimalik, et mtDNA stabiilsus ja in vivo kontekst võivad mõjutada ainevahetust ka otseselt, mitte ainult läbi ETA. Siiani on aga vaid kaudseid tõendeid selliste seoste kohta. Mina olen konstrueerinud bakteriaalsel endonukleaasi EcoBI-l baseeruva mehhanismi, mis on võimeline mõjutama mtDNA-d in vivo Drosophila mudelorganismis. Selle tulemusena olen avastanud uudse seose mtDNA ja üldise metabolismi vahel, kus häired mtDNA stabiilsuses põhjustavad võimetust tarbida süsivesikuid ja orienteerivad ainevahetuse ümber lipiidide oksüdeerimisele. See on põhjustatud kahe fenomeni poolt – nii glükoosi transport rakku kui ka järgnev katabolism glükolüüsil on inhibeeritud. Antud fenomen on väga sarnane inimeste tüüp I diabeeti põhjustavate protsessidega, mistõttu on minu avastus mtDNA rollist väga tähtis just selle metaboolse patoloogia põhjuste väljaselgitamise vaatenurgast.

3. Lisaks eelpool mainitule uurin ma ka muutuvatest keskkonnatingimustest tuleneva stressi mõju Drosophila ja teiste putukate üldisele metabolismile. Need stressitingimused võivad olla kas looduses toimuvad (näit. antropogeensed muutused keskkonnale) või indutseeritud laboratoorsetes tingimustes. Viimaste hulgast võib esile tõsta minu ja minu kolleegide jätkuvat uurimust kiskjastressi mõjust äädikakärbeste ainevahetusele, mis viib oluliste muutusteni nii ajuspetsiifilises kui ka üldises, süsteemses metabolismis. Minu hetkel veel publitseerimata tulemused viitavad kausaalsetele seostele mitmete keskkonnatingimuste ja patoloogiaid põhjustavate muutuste vahel.