АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Компенсация дефектов митохондрий

Оказалось, что слияние и деление митохондрий очень важны для клетки: их нарушение неминуемо приводит ее к гибели. Белки, участвующие в этих процессах, к настоящему времени неплохо описаны. У млекопитающих в делении митохондрий участвуют белки Fis1 и Dlp1, а в слиянии — белки Mfn1 и Mfn2 (во внешней мембране), Opa1 (во внутренней). Но что кроется за такой динамикой и почему эти процессы так необходимы? С делением все вроде понятно, но для чего нужно слияние? Оно необходимо для поддержания достаточного количества энергии в клетке: большие митохондрии с множеством крист, вероятно, дадут клетке больше энергии. При слиянии дефекты одной митохондрии компенсируются за счет другой, нормальной. Такой процесс называется митохондриальной комплементацией. В 2001 г. в ходе оригинальных экспериментов, проведенных в лаборатории Дж.И.Хауаши, установили, что после слияния клеток с разными патогенными мутациями мтДНК (однаклеточная линия с мутацией A4269G в тРНК лизина, другая - с мутацией A3243G в тРНК лейцина), в гибридных клетках работа дыхательной цепи митохондрий восстанавливалась. Эти мутации нарушают трансляцию митохондриальных белков, и потому значительно уменьшается выработка энергии в митохондриях. После слияния в митохондриях гибридных клеток наблюдали оба варианта мтДНК. Интересно, что в более ранних работах (1994), выполненных в лаборатории Дж.Аттарди, где также сливали клеточные линии, содержащие патогенные мутации признаков митохондриальной комплементации не обнаружили. По мнению Аттарди, подобное разногласие вызвано тем, что в его экспериментах клетки одной линии предварительно энуклеировали и гибридная клетка после слияния содержала лишь ядерный геном второй клеточной линии, тогда как в работе Хауаши клетки после слияния имели гибридный ядерный геном. В 2001 г. японские исследователи под руководством К.Накада продемонстрировали тот же эффект на мышиных моделях. Они создали линию mito mouse, в которой мтДНК содержала делецию протяженностью 4696 пар нуклеотидов. Анализируя ткани таких мышей, исследователи не обнаружили в пределах одной клетки сосуществования нормальных и дефектных митохондрий и интерпретировали этот факт как митохондриальную комплементацию. Однако через четыре года американской команде под руководством Д.Прокоп удалось показать, что митохондрии способны компенсировать свои дефекты без предварительного слияния клеток. Исследователи совместно культивировали клетки с дефектными митохондриями, не способными к самостоятельному росту, и стволовые клетки с нормально функционирующими митохондриями. После изоляции первых клеток и их отдельного культивирования обнаружили трехкратное повышение выработки АТФ, пониженную концентрацию уровня молочной кислоты и активных форм кислорода, но при этом увеличение мембранного потенциала и семи кратное потребление кислорода. Согласно молекулярному анализу, в этих клетках присутствовала мтДНК стволовых клеток, а анализ ядерных маркеров не выявил наличия чужеродной ДНК. Полученные результаты авторы интерпретируют весьма осторожно как возможный переход митохондрий из клетки в клетку либо как переход мтДНК одних клеток в митохондрии других (без перемещения всей органеллы). Механизм миграции митохондрий между клетками (если таковой имеется) до сих пор неясен, однако есть предположения о прямом цитоплазматическом транспорте либо о везикулярном. В целом, митохондриальная комплементация, вероятно необходима для поддержании гомеостаза на внутриклеточном и тканевом уровнях. Что происходит после слияния — вопрос, который к настоящему времени лишь начинаю изучать. Возможно, после слияния митохондрий их ДНК взаимодействуют. Известно, что мтДНК связана с определенными белками и образует с ними комплексы, получившие название нуклеоиды. В зависимости от типа клеток в состав одного такого нуклеоида может входить от 1 до 10 молекул ДНК. В 2000 г. группа финских ученых под руководством профессора Х.Якобса выдвинула так называемую гипотезу стойких нуклеоидов, согласно которой ДНК разных митохондрий после слияния никогда напрямую не взаимодействуют. Их концепция основывалась на имеющихся к тому времени экспериментальных данных и позволяла отчасти объяснить поведение мутантных мтДНК. Но через четы ре года американские ученые во главе с Дж. Манфреди предложили гипотезу динамичных нукле оидов, согласно которой мтДНК одной митохондрии способна контактировать с мтДНК другой и обмениваться с ней фрагментами (рекомбинировать). Для подтверждения своей гипотезы они слили две клеточных ли нии: одну с мутацией мтДНК G6930A и другую с делецией 14787 14790. В результате гибридные клетки восстанавливали дыхательную активность, а в их митохондриях присутствовала мтДНК, явно получившаяся в ходе рекомбинации исходных молекул (рис.4).

В 2008 г. другая группа американских исследователей, лидер которой Э. Шон, экспериментально установила, что после слияния митохондрий их ДНК все-таки объединяются в один нуклеоид, но настолько редко, что модель стойких нуклеоидов описывает эффект компенсации более точно. Такой вывод авторы сделали исходя из следующего хитроумного эксперимента: они слили две клеточных линии, мтДНК которых имела делеции 7846 9748 и 10155 15945 соответственно. Популяции этих вариантов мтДНК отличали друг от друга с помощью цветных меток FISH: зеленой, комплементарной участку мтДНК с одной делецией, и красной — с другой. Гибридные клетки светились так, как если бы их митохондрии содержали оба варианта мтДНК, но в составе разных нуклеоидов. Клетки, которые совместно культивировали, но не сливали, имели разную окраску. После слияния в клетках восстанавливался митохондриальный белковый синтез. Интересно, что лишь на 274й день эксперимента в гибридных клетках все таки удалось обнаружить свечение интерпретируемое как обмен мтДНК между нуклеоидами. Авторы заключили, что митохондриальная комплементация происходит на уровне митохондриальных белков, которые синтезируются независимо с каждого нуклеоида, расположенного вне посредственной близости друг от друга после слияния.

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 612 | Нарушение авторских прав