АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Митохондрии и здоровье

Мутации в мтДНК могут нарушать выработку энергии и в конечном счете вызывать гибель клетки. Хотя нормально работающие митохондрии способны при слиянии компенсировать дефекты своих собратьев и имеется барьер, препятствующий наследованию дефектных митохондрий, в реальной жизни дефектные митохондрии все же существуют. Более того, они могут накапливаться, что губительно действует на клетку. Подобные нарушения специализированных клеток различных тканей и органов человека приводят к различным патологическим состояниям. О том, что нарушения выработки энергии в форме АТФ могут быть причиной некоторых нейромышечных синдромов, известно c 1962 г. Однако причинно следственную связь между известными заболеваниями и мутациями в мтДНК обнаружили лишь три десятилетия спустя. В настоящее время активно развивается митохондриальная медицина, задача которой заключается в поисках путей лечения больных митохондриальными заболеваниями. Сегодня установлено, что такие болезни поражают одного из 10 тыс. жителей планеты, но носителей патогенных мутаций мтДНК значительно больше. Кроме то го, дефекты митохондрий выявляются при нейродегенеративных состояниях, таких как болезни Альцгеймера, Паркинсона, Гентингтона и боковой амиотрофический склероз; изменения в мтДНК наблюдаются в раковых клетках, а также при старении организма. При митохондриальных заболеваниях страдают в первую очередь наиболее энергозавиимые ткани и органы, т.е. нервная и мышечная ткани, что и отражено в термине «энцефаломиопатия» (от лат. enhephalos —головной мозг, а myos — мышцы), а также любые органы и ткани. В некоторых случаях сочетание пораженных органов крайне удивительно и труднообъяснимо. Например, при болезни Лебера потеря зрения в некоторых случаях сочетается с нарушением проводимости сердца. Термин «нейродегенеративные заболевания» также подчеркивает тот факт, что в основе патогенеза лежит дегенерация нервной ткани. Нервные клетки погибают «изнутри»,в результате апоптоза (программируемой клеточной смерти).

Начинается апоптоз именно в митохондриях, когда они по тем или иным причинам не вырабатывают достаточного количества энергии для поддержания жизнедеятельности клетки. Несмотря на то, что митохондриальными заболеваниями в первую очередь считают патологии, вызванные мутациями мтДНК, мутации ядерных генов, отвечающих за биогенез митохондрий, могут приводить к таким же наследственным болезням. Для описания первых обычно применяют классификацию, основанную на том, какую область мтДНК затрагивает мутация: область структурных генов и генов рРНК и тРНК, а также перестройки, затрагивающие большие сегменты мтДНК. Дефекты ядерной ДНК значительно разнообразнее: они включают как мутации генов системы окислительного фосфорилирования и аппарата белкового синтеза в митохондриях, так и мутации генов системы импорта/экспорта в митохондрии, их движения, слияния/деления, транскрипции и репликации мтДНК, а также мутации генов различных ферментативных циклов(цикла трикарбоновых кислот, β окисления жирных кислот) и других метаболических путей, связанных с функционированием митохондрий. В силу специфики диагностика митохондриальных заболеваний весьма запутана и трудоемка, но можно выделить пять блоков, составляющих основные этапы диагностики (табл.1).

К основным митохондриальным заболеваниям можно отнести 15 нозологических форм, диагностические критерии которых сегодня четко сформулированы. Выявлены также гены, чаще всего подверженные патогенным мутациям (табл.2).

Наблюдаемое разнообразие клинических симптомов митохондриальных заболеваний, вызванных мутациями мтДНК, формируется за счет таких факторов, как гетероплазмия, пороговый эффект и эффект бутылочного горлышка(генетической воронки). Предполагается, что при делении клеток эмбриона митохондрии расходятся случайно, поэтому гетероплазмия имеет уникальный характер распределения. На основе гипотезы стойкого нуклеоида американские исследователи Э.Шони, Р.Гилкерсон в 2008 г. предложили модель, объясняющую уровень гетероплазмии мтДНК. Модель рассматривает самый простой и наиболее часто встречаемый для патогенных мутаций вариант гетероплазмии, состоящей из мтДНК нормального и дикого типов. Митохондриальные ДНК (мутантная и дикого типа) могут входить в один нуклеоид либо составлять отдельные нуклеоиды в одной митохондрии. Если материнская клетка содержит гетероплазматические нуклеоиды, колебание уровня гетероплазмии дочерних клеток незначительно, но, если в материнской клетке присутствуют гомоплазматические нуклеоиды, уровень гетероплазмии дочерних клеток различается весьма значительно и зависит, как полагают авторы, от отбора и генетического дрейфа. Установлено, что уровень гетероплазмии в митохондриях при первых трех зиготических делениях (стадия 8 клеточного зародыша) остается постоянным во всех бластомерах. Вероятно, это связано с тем, что клетки до стадии 8 клеточного зародыша тотипотентны и лишь с 16 клеточной стадии зародыша начинается их первая дифференцировка (на клетки трофобласта и клетки зародышевой массы). Можно предположить, что именно тогда включается митохондриальная митотическая сегрегация, т.е. случайное распределение митохондрий между дочерними клетками. Выключение этого процесса, вероятно, происходит на стадии созревания яйцеклетки, поскольку показано, что в яйцеклетке и в полярном тельце уровень гетероплазмии одинаковый. Высказывается также мнение, что митотическая сегрегация является постгаструляционным событием. Интересно, что мутации в состоянии гомоплазмии чаще приводят к поражению одного органа, а в состоянии гетероплазмии — к поражению нескольких органов и тканей. Возможно, тканеспецифичное распределение мутации связано с тканеспецифическим составом митохондрий, поскольку установлено,что структура митохондрии отчасти тканеспецифическая, т.е.около половины белкового состава органеллы консервативно(аппарат поддержания мтДНК, комплексов окислительного фосфорилирования, а также ферменты некоторых метаболических путей), в то время как другая половина может меняться в зависимости от типа клеток. Одно из захватывающих направлений митохондриальной биологии — митохондриальная теория старения, которую предложили еще в 1956 г. К настоящему времени ее не подтвердили и не опровергли, но она обросла новыми фактами как «за»,так и «против». Согласно этой теории, начиная с рожденияи в течение жизни человека в его мтДНК накапливаются мутации. Вследствие этого митохондрии вырабатывают все меньше и меньше энергии, клетки потихоньку отмирают, а организм дряхлеет. Известно, что основной источник мутаций мтДНК — это активные формы кислорода. Как полагают, уменьшение их количества в митохондриях снижает число вновь образующихся мутаций мтДНК и таким образом продлевает жизнь клеткам, увеличивая тем самым продолжительность жизни организма.

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 623 | Нарушение авторских прав