Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре обнаружили, что механизмы, которые управляют «самоубийством» клеток, если клетка работает некорректно, могут способствовать более долгой и здоровой жизни за счет активации специализированных клеточных органелл — митохондрий.
Дзен и искусство управления митохондриями. Механизм смерти делает жизнь здоровой
Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре обнаружили, что механизмы, которые управляют «самоубийством» клеток, если клетка работает некорректно, могут способствовать более долгой и здоровой жизни. Ученые предложили использовать механизм апоптоза не для уничтожения клетки, а для ее очистки от неработающих митоходрий. Оказалось, что в этом случае клетки молодеет и крепнет.
CNRI/Science Photo Library/Getty Images
Все мы стремимся к долгой жизни. Но мы бы хотели продлить не унылое умирания, а период бодрости и здоровья. Кажется, ученые показали, как этого добиться.
Митохондрии вырабатывают энергию для всех видов нашей деятельности — от движения до мышления. Эти электростанции внутри наших клеток возникли в результате симбиоза клеток и бактерий, которые когда-то были свободно живущими организмами. Клетка поглотила бактерию, но не переварила ее, а встроила в рабочий процесс. И бактерия стала митохондрией, производящей клеточную энергию.
«Мы являемся своего рода гибридным существом, возникшим из двух независимых эволюционных линий: митохондрий, которые когда-то были бактериями, и остальной части клетки, окружающей их», — отмечает Джоэл Ротман, профессор молекулярной биологии, в лаборатории которого проводилось исследование. — «В результате наша ДНК находится в двух отдельных отсеках каждой клетки: в ядре, где расположена большая часть нашего генома, и в митохондриях с их собственной ДНК, оставшейся от их бактериального происхождения».
«С возрастом повреждения митохондриальных ДНК накапливаются и электростанция работать перестает», — отмечает Ротман. — «Наше открытие открывает способ удаления дефектных митохондрий, что приводит к омоложению всей клетки».
Неработающую электростанцию надо выключить
Подпись под второй картинкой: Регуляция накопления и передачи мтДНКuaDf5 с помощью пути программируемой клеточной смерти (апоптоз). eLife (2023). DOI: 10.7554/eLife.79725
«В митохондриях есть свои "инь и ян", — говорит Прадип Джоши, старший научный сотрудник и соавтор публикации. — "Они производят энергию, которая поддерживает жизнь. Но при каждом вдохе митохондрии также производят реактивные формы кислорода — вредные молекулы, которые повреждают ДНК и другие части наших клеток".
Чем дольше мы живем, тем больше повреждений происходит. Эти повреждения снижают выработку энергии митохондриями, что негативно сказывается на нашем здоровье. Поскольку сердце, мышцы и мозг нуждаются в наибольшем количестве энергии, старение неизбежно приводит к сердечной недостаточности, потере мышечной функции и слабоумию.
По словам Джоши, «старение можно рассматривать как своего рода митохондриальную болезнь. Если бы мы могли устранить повреждения митохондрий, мы бы улучшили состояние здоровья и продолжительность жизни».
Исследовательская группа обнаружила систему очистки поврежденных митохондрий с помощью миниатюрного червя C. elegans. Этот скромнейший червячок имеет огромные заслуги перед человечеством. На моделях C. elegans сделаны работы отмеченные шестью Нобелевскими премиями.
Исследователи обнаружили, что для удаления поврежденной митохондриальной ДНК необходимы те же ферменты, которые отвечают за уничтожение клеток (это так называемый апоптоз). В отсутствие этих ферментов дефектные митохондрии накапливаются.
Ротман и его коллеги обнаружили, что, хотя в процессе клеточного и митохондриального апоптоза участвуют одни и те же белки, сам процесс удаления поврежденных митохондрий отличается от того, который обычно используется для удаления неработающих клеток.
Ученым удалось уменьшить как накопление, так и наследование дефектных митохондрий: исследователи обнаружили изменение гена, которое заставляет животных стареть медленнее и увеличивает продолжительность их жизни.
Это открытие показывает возможные будущие стратегии удаления ослабленных митохондрий и омоложения клеток, может дать человечеству дополнительные годы здоровой жизни.