Многие возрастные заболевания имеют общую черту: митохондрии клеток начинают работать со сбоями. Хотя не все причины этого процесса прояснены, специалисты, представляющие Институт Бака (Buck Institute for Research on Aging), выявили один из механизмов, нарушающих работу митохондрий. В будущем их открытие может пригодиться при разработке терапии старения.
«Теперь, когда у нас есть гипотеза о том, почему митохондриальная дисфункция происходит во время старения и возрастных заболеваний, мы открываем совершенно новый способ понимать, измерять, смягчать и обращать вспять этот процесс», — говорит старший автор исследования Чуанкай Чжоу (Chuankai «Kai» Zhou).
Митохондрии часто называют «электростанцией» клетки — эти бобовидные структуры обеспечивают её энергией. Они участвуют во многих важнейших жизненных процессах — включая иммунный ответ, воспаление и обмен веществ.
Дисфункция митохондрий наблюдается при большинстве хронических заболеваний, включая нейродегенеративные расстройства, сердечно-сосудистые нарушения, рак, диабет и ожирение, замечает Чжоу. Растёт количество доказательств того, что такая дисфункция способствует старению в целом.
Команда Чжоу поставила перед собой цель исследовать вклад митохондриального биогенеза в процесс работы митохондрий во время старения.
Митохондриальный биогенез — клеточный процесс, при котором рождаются новые митохондрии. Он определяет как качество, так и количество митохондрий в клетках (которое снижается при нормальном старении).
За последние пару десятилетий учёные описали два основных этапа митохондриального биогенеза: транскрипционную активацию митохондриального белка в клеточном ядре в ответ на питательные/метаболические сигналы и импорт этих вновь синтезированных митохондриальных белков из цитозоля в митохондрии. Однако было неясно, как эти две стадии митохондриального биогенеза координируются друг с другом, чтобы оптимизировать синтез и импорт митохондриальных белков. Команда Чжоу обнаружила, что консервативная рецепторная молекула на поверхности митохондрий под названием Tom70 может отвечать за координацию этих двух этапов, регулируя транскрипционную активность митохондриальных белков внутри ядра.
Ранее стало известно, что Tom70 облегчает импорт вновь синтезированных митохондриальных белков. Однако, отметил Чжоу, количество создаваемого белка должно быть точно настроено для удовлетворения потребностей и продуктивной способности митохондрий. Перепроизводство митохондрий так же опасно, как их дефицит: избыток накапливается внутри клетки, что повреждает её и может даже убить.
В текущем исследовании команда Чжоу использовала в качестве модельного организма дрожжи, чтобы проверить, регулирует ли Tom70 митохондриальный биогенез, координируя сложный баланс между производством белков, предназначенных для митохондрий, и скоростью, с которой эти белки могут быть доставлены в митохондрии. Оказалось, что так оно и есть.
Аналогичная регуляторная функция Tom70 сохраняется и у плодовых мух.
Важный результат работы — показано, что уровень Tom70 снижается в ходе старения, что связано со снижением митохондриального биогенеза. Аналогичные сокращения уровней Tom70 наблюдались ранее у пожилых плодовых мух и крыс. Также оказалось, что повышение уровня Tom70 в дрожжах задерживает митохондриальную дисфункцию и увеличивает продолжительность жизни. Это открытие связано с тем, что было известно уже более десяти лет: увеличение Tom70 может защитить клетки человека при некоторых хронических заболеваниях, таких как сердечно-сосудистые заболевания; теперь становится понятным, почему.
«Мы обнаружили новую функцию этого белка, и мы раскрываем механизм того, как Tom70 может делать хорошие вещи для клетки», — говорит Чжоу.
Чжоу также пояснил, как новое знание может указать на перспективные направления в исследованиях старения. Например, сигнальный путь Tom70 может быть связан с увеличением продолжительности жизни, наблюдаемым при ограничении калорий.
«Кроме того, если наша гипотеза подтвердится, это, естественно, приведет к появлению оздоровительных средств — биодобавок или лекарств. Это просто требует времени», — заключает Чжоу.
Работа Чжоу и его коллег опубликована в журнале eLife.
