Ученые из России выяснили, как возникают "аварии" в энергостанциях клеток
Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН узнали, почему в митохондриях, главных энергостанциях клетки, периодически случаются "аварии", приводящие к выделению большого числа агрессивных молекул. Их выводы были представлены в журнале Free Radical Biology and Medicine.
"Мы предположили, что эти вспышки могут контролироваться пиридиновыми нуклеотидами. Мы проверили эту идею, и оказалось, что нуклеотиды, поступающие в митохондрии из цитоплазмы при открывании пор, действительно могут резко ускорять выработку супероксид аниона и перекиси водорода", - рассказывает Алексей Круглов из ИТЭБ РАН, чьи слова приводит пресс-служба института.
Проблема "черного ящика"
Ключевой частью всех живых клеток являются так называемые митохондрии - своеобразные "энергостанции", преобразующие питательные вещества в клеточную энерговалюту, молекулы АТФ. Помимо обеспечения клеток энергией, эти же тельца, как давно выяснили ученые, играют ведущую роль в их гибели при недостатке пищи и кислорода.
Как правило, митохондрия, если она не испытывает проблем с доступом к питательным веществам, являются своеобразным "черным ящиком" для всей остальной клетки - содержимое этих органелл, за исключением АТФ и продуктов жизнедеятельности, никогда не покидает их пределов.
При старении или недостатке пищи в митохондриях начинают появляться поры, своеобразные "дыры", через которые агрессивные молекулы, возникающие внутри них, начинают просачиваться в цитоплазму клетки, повреждая ее ДНК и вызывая перебои в ее работе.
В некоторых случаях, как отмечают Круглов и его коллеги, этот процесс может резко ускоряться. Внутри митохондрии происходит своеобразная "авария", которую ученые называют "вспышкой", в результате чего в цитоплазму одномоментно выбрасывается огромное количество оксидантов. Они могут вызвать повреждение соседних органелл, новые вспышки, и, в конечном итоге, гибель всей клетки.
Причины и механизм возникновения этих "аварий" до недавнего времени был предметом ожесточенных дискуссий среди ученых. Круглов и его команда смогли разрешить эти споры, обратив внимание на то, что вспышки происходят чаще в тех клетках, в которых митохондрии находятся рядом с источниками определенных ионов.
Кислая среда
Это наблюдение натолкнуло их на мысль, что подобные сбои в работе митохондрий могут быть связаны с так называемыми mPTP-порами - "дырами" в их стенках, возникающими в результате реакций между ионами кальция и белками в оболочке клеточных энергостанций.
Пытаясь понять, что происходит внутри этих дыр, ученые наблюдали за развитием вспышек, пометив определенные части митохондрий при помощи краски, начинавшей светиться при контакте с агрессивными молекулами.
Эти опыты помогли им понять, что вспышки были связаны с ферментом НАДФ-редуктазой - особым белком, который играет ключевую роль в круговороте электронов и протонов в клетке, восстанавливая специальные "расходные" молекулы, НАДФ, и отбирая электроны у других веществ.
Как показали наблюдения за его работой, он вызывал сильные "аварии" в работе митохондрий только в тех случаях, когда в окрестностях энергостанций клетки присутствовало большое число окисленных молекул НАДФ и других пиридиновых нуклеотидов, азотистых оснований, чьи "кузены" присутствуют в ключевой части молекулы ДНК.
Подобная информация позволяет объяснить большую частоту вспышек и их лавинообразное распространение в клетках со сниженным восстановительным статусом, перенесших ишемию и реперфузию или окислительный стресс, в которых изначально присутствует много окисленных молекул нуклеотидов.
Раскрытие тайны возникновения "аварий" в митохондриях, как надеются ученые, поможет биологам и врачам понять, как нужно бороться с последствиями инсультов и других болезней, вызывающих острый или хронический недостаток питательных веществ или окислительный стресс.
