電子トモグラフィー分析は、エネルギー状態と老化を反映するミトコンドリアクリスタアーキテクチャの超微細構造的特徴を明らかにします

ミトコンドリア内では、エネルギーを生成する能力は、二重膜とクリスタの陥入の建築的特徴に依存しています。ここでは、オルガネラのエネルギー状態に対応するミトコンドリアクリスタ構造の新しい特徴について説明します。高エネルギーの需要と一致して、ショウジョウバエ間の間接飛行筋肉のミトコンドリアは、スパイラルのようなクリスタネットワークをもたらし、双方向マトリックスコンフルエンシーを可能にした密に詰められたラメラクリスタ科の間に広範なミトコンドリア内膜スイッチを示しました。この非常に相互接続されたアーキテクチャは、統合された地域全体で膜電位と生体分子の迅速な平衡化を可能にすることが期待されています。さらに、変異体はmtDNAの複製欠陥と、通常のクリステスとともに渦巻く膜のサブセクションを含む加速老化表現型を蓄積したミトコンドリアを蓄積しました。渦巻く膜は、タンパク質の組成と機能によって測定されるように、エネルギー生産能力を損なっていました。さらに、ミトコンドリアの融合と核分裂ダイナミクスは、前老化したハエで影響を受けました。興味深いことに、渦巻く膜を伴うミトコンドリアに残っていた通常のクリステは、品質管理からそれらをカモフラージュする許容可能な機能を維持しました。全体として、ミトコンドリアクリスタの構造的特徴は、エネルギー状態とmtDNAを介した老化を反映する連続断面電子断層分析からの3次元で説明されています。

Within mitochondria, the ability to produce energy relies upon the architectural hallmarks of double membranes and cristae invaginations. Herein, we describe novel features of mitochondrial cristae structure, which correspond to the energetic state of the organelle. In concordance with high-energy demand, mitochondria of Drosophila indirect flight muscle exhibited extensive intra-mitochondrial membrane switches between densely packed lamellar cristae that resulted in a spiral-like cristae network and allowed for bidirectional matrix confluency. This highly interconnected architecture is expected to allow rapid equilibration of membrane potential and biomolecules across integrated regions. In addition, mutant flies with mtDNA replication defect and an accelerated aging phenotype accumulated mitochondria that contained subsections of swirling membrane alongside normal cristae. The swirling membrane had impaired energy production capacity as measured by protein composition and function. Furthermore, mitochondrial fusion and fission dynamics were affected in the prematurely aged flies. Interestingly, the normal cristae that remained in the mitochondria with swirling membranes maintained acceptable function that camouflaged them from quality control elimination. Overall, structural features of mitochondrial cristae were described in three-dimension from serial section electron tomographic analysis which reflect energetic state and mtDNA-mediated aging.