Вопросы иммортологии

Изучение митохондрий может помочь победить широкий круг болезней.

Новые данные, объясняющие сложный процесс, с помощью которого "энергетические станции" человеческих клеток делятся и рекомбинируют, могут лечь в основу новых подходов в лечении широкого круга болезней, включая некоторые виды рака и нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и Альцгеймера.

Исследователи из университета Джона Хопкинса Integrated Imaging Center, университета Калифорнии в городе Девис и Калифорнийского Института Технологий сотрудничали в двух исследованиях, анализируя механизмы и белки, которые лежат в основе цикла деления и слияния энергетических станций клетки, именуемых митохондриями. Оба этих открытия были опубликованы в двух выпусках журнала Science. "Для понимания роли, которую митохондрия играет в биологии нормальной и патологической клетки, в первую очередь нужно понять процесс деления и слияния, которые происходят постоянно в нормальных здоровых клетках", - сказал J. Michael McCaffery, исследователь отделения биологии в университете Джона Хопкинса, директор Integrated Imaging Center и автор обоих исследований.

Митохондрии постоянно делятся и рекомбинируют и когда клетка делится, они расходятся в каждую дочернюю клетку, что совершенно необходимо для физиологии здоровой клетки. Недавнее исследование наводит на мысль, что когда этот процесс идет не так, здоровые клетки гибнут, приводя к болезни зрительной атрофии (наиболее частая наследственная форма слепоты), болезни Шарко-Маритута (болезнь, при которой нервы руках, стопах и голенях отмирают), болезням Паркинсона и Альцгеймера (которые возникают из-за нейродегенеративной клеточной смерти), и даже некоторым типам рака.

До настоящего времени понимание этих болезней сильно ограничивалось отсутствием знаний об этапе слияния в митохондриальном цикле.

"Слияние одиночных мембран - хорошо выраженный процесс, включающий хорошо известные и изученные белки,"- сказал McCaffery. "Однако, то же самое нельзя сказать о слиянии митохондрий, в котором ключевая последовательность событий и вовлеченные белки, по большей части, остаются неизученными."

Процесс слияния митохондрий сложен для понимания, поскольку митохондрия имеет очень сложную структуру, двойная мембрана разделяет органеллы. Для того чтобы отдельные митохондрии объединились, две обособленные, композиционно очень разные мембраны должны объединиться. Понимание того, как митохондрия выполняет это, в тоже время поддерживая целостность своих отделов и соответствующее выделение мембран и белков является фундаментальным вопросом, на который исследователи рассчитывали получить ответ.

Команда McCaffery постаралась решить этот вопрос путем изучения изолированных митохондрий, выделенных из клеток, изучая их в тестовых трубках с использованием света и электронной микроскопии. Такой подход без клеток позволил исследователям впервые взглянуть на последовательность событий, лежащих в основе слияния внутренней и внешней мембран.

Они открыли, что митохондрии, выделенные из окружения клетки-хозяина, по-прежнему были способны к слиянию. Этот факт удивил их, поскольку это наводит на мысль, что митохондрии содержат внутри себя все белки, необходимые для слияния. Это сильно отличается от процесса одномембраного слияния, которое требует много дополнительных клеточных белков для выполнения важной функции.

"Мы наблюдали две отдельные стадии, на первой в слияние вовлекается внешняя мембрана, образуя промежуточную структуру из двух объединенных митохондрий, за которой следует слияние внутренних мембран, в результате чего получается единая митохондрия," - сказал McCaffery. "Понимание отдельных молекулярных событий, которые лежат в основе работы митохондрий, позволит лучше понять взаимоотношения клеток и митохондрий и пополнит наши знания в понимании процесса старения, а также возможное лечение зависимых от возраста болезней, таких как болезнь Паркинсона и Альцгеймера".

Исследование поддержано Национальным Институтом Здоровья. Результаты были опубликованы журналом Science 6 августа и 17 сентября 2004 г. ("Structural Basis of Mitochondrial Tetheting by Mitofusion Complexes," 305:858-862; "Mitochondria Fusion Intermediates Revealed in Vitro," 305:1747-1752.)

Оригинальный текст этой статьи на сайте Johns Hopkins University.