Згідно з новою парадигмою, мітохондрії - це не раби-бактерії, які просто забезпечують енергією наш організм, а мікроменеджери, які принципово впливають на наше здоров'я, хвороби та навіть еволюційну адаптацію, виробляючи біомолекули та впливаючи на експресію ядерної ДНК.
Еукаріотична клітина вступила в симбіоз з деякими бактеріями, які втратили або перенесли більшу частину своїх генів в ядро, і їх єдиним, хоча і дуже важливим завданням було забезпечення енергією, вироблення АТФ - ідея, яка не доречна в останні 1-2 роки. Виявилося, що вони не є пасивними постачальниками енергії, але вони також активно впливають на деякі інші основні життєві функції, напр. створювати пам’ять або захищати від стресу, впливати на ДНК ядра, еволюціонувати протягом усього життя, допомагаючи нам адаптуватися до мінливого середовища, пише Гаррі Гамільтон у New Scientist, а потім додає: знати все це не дивно, якщо ми відчуваємо, що не ми володіти ними, але вони - це ми.
Динамічні динамо
Приблизно Кількість мітохондрій діаметром 1 мікрометр в еукаріотичних клітинах значно коливається - від однієї до кількох тисяч, залежно від типу організму, його органу та його фізіологічного стану.
Не дивно, що ми недооцінили їх автономність, оскільки геном мітохондрій крихітний: у людини він становить 16 569 пар основ в довжину (ядро має довжину в ядрі 3 мільярди основ). При послідовному проведенні в 1981 році було встановлено, що мітохондріальна ДНК дуже економічно зібрана, майже не має некодуючих областей. У ній було виявлено 37 генів, 13 з яких кодують білки, що беруть участь у виробленні АТФ; для синтезу АТФ потрібні інші білки, крім цих 13, решта кодується ядром.
До цього часу ми вважали рабами-полоненими, які пасивно задовольняли енергетичні потреби господаря, - сказав Чанхан Лі, професор геронтології з Університету Південної Каліфорнії, New Scientist, додавши, що, однак, виявилося, що вони далеко не пасивні, наприклад. вони змінюють свій розмір; вони пересуваються всередині клітини, за певних умов об’єднуються в мережі та обмінюються своїм вмістом, перед відновленням паличкоподібної форми; примножувати, якщо потреба в енергії вища; якщо вони поранені, вони ініціюють власне знищення. У нейронах миші було виявлено, що мітохондрії в клітині можуть мігрувати до синапсів, що стимулює передачу імпульсів. У забуваючих мавп a для робочої пам'яті відповідальні нейрони мають менше мітохондрій навколо синапсів.
Джерела молоді?
Було виявлено ще в середині 90-х - перша ознака того, що мітохондрії - це не просто машини, що виробляють енергію, - що білки, що використовуються в синтезі АТФ, відіграють фундаментальну роль у старінні.
Виділяється під час синтезу АТФ вільні радикалидонедавна вони вважалися шкідливими: вони спричиняють знос клітин. Зараз ми знаємо, що це правда лише частково: допомогти напр. стовбурові клітини спеціалізуються або стимулюють імунну систему для боротьби з вірусами, і навіть триваюча роль позбавлення калорій створюється за рахунок посилення активності мітохондрій та утворення більшої кількості вільних радикалів. Це також механізм дії вправи: підвищений попит на енергію збільшує активність мітохондрій, тож зрозуміло, чому споживання занадто великої кількості поглинача вільних радикалів є антиоксидантом.
У травні Наука повідомила дослідникам Гарвардського університету Емі Веджерс та його колегам (відновлення системних рівнів GDF11 зворотної вікової дисфункції скелетних м'язів миші) про те, що регенерація мітохондрій GDF11 (фактор диференціації росту) лікування скелетні м’язи старих експериментальних тварин омолоджуються, відновити свою силу та витривалість (раніше було продемонстровано, що GDF11 надає омолоджуючий ефект на серцевий м’яз, або також виявилося, що також до клітин мозку). Тобто, виявилося, що техніка 19 століття: омолодження людей похилого віку шляхом переливання крові молодим людям справді працює, і механізмом її дії є вплив GDF11 на мітохондрії в крові молодих людей.
А Марк Тарнопольський та його колеги з Університету Макмастера в Канаді показали, що миші старіють швидше, ніж зазвичай через багато мутацій в їх мітохондріях, вони можуть омолодити свої мітохондрії за допомогою 45 хвилин фізичної підготовки тричі на тиждень, і може уникнути передчасного старіння (PNAS, вправа на витривалість рятує старіння прогероїдів та індукує системне омолодження мітохондрій у мишей-мутаторів mtDNA).
Захист від хвороб
Інші дослідники виявили, що використовуються мітохондрії, що утворюються при транспортуванні гемоглобіну білки гему який також відіграє роль у регуляції поділу клітин. Крім того, було показано, що мітохондрії беруть участь у найрізноманітніших функціях також контролюється внутрішньоклітинний розподіл кальцію, в статевих залозах бере участь у синтезі стероїдів, в печінці при детоксикації аміаку. Але, мабуть, найцікавішим із усіх є нещодавно відкрита мітохондріальна функція особливої біомолекули, вироблення гуманіну, пише в New Scientist Гаррі Гамільтон. Пептид, виявлений десять років тому захищає від хвороби Альцгеймера: крім того, запобігає бета-амілоїду руйнувати нейрони підвищує чутливість до інсуліну, зменшує атеросклеротичні бляшки (Pinchas Cohen та співавт., Університет Південної Каліфорнії, Гуманін: передвістя пептидів, отриманих мітохондріями?, Тенденції ендокрології та метаболізму).
Мікроменеджери
А дослідники з Університету Невади Вей Ян та його колеги виявили, що мітохондріальна ДНК виробляє тисячі некодуючих молекул РНК, які, потрапляючи в ядро, впливають на експресію ядерної ДНК (Cell Research, Мітохондріальний геном кодує рясні дрібні некодуючі РНК).
У мітохондріях не існує такого ефективного механізму відновлення ДНК, як у ядрі - однак, це зараз визнається перевагою, і вважається (наприклад, Вільям Баллард, професор генетики в Університеті Нового Південного Уельсу в Австралії), що висока мінливість мітохондріальної ДНК є важливим інструментом еволюційної адаптації: дозволяє набагато швидше адаптуватись, ніж збережена ядерна ДНК, не тільки протягом поколінь, але навіть протягом життя людини (Скотт Вільямс та ін., Університет Вандербільта: періодичні мутації мтДНК, специфічні для тканин, поширені у людей, PloS Genetics).
Все це доводить, що роль мітохондрій на порядок більше, ніж виробництво енергії, підкреслює Пінхас Коен, додаючи: народилася нова парадигма.