Вы получаете энергию от мамы. Новое исследование объясняет, почему

Это один из основных принципов биологии: мы получаем ДНК от мамы и папы. Но одно заметное исключение десятилетиями озадачивало учёных: большинство животных, включая человека, наследуют ДНК внутри митохондрий — энергетических центров клетки — исключительно от матери. Все следы митохондриального генома отца уничтожаются в момент слияния сперматозоида с яйцеклеткой.

Новое исследование Университета Колорадо в Боулдере, опубликованное 4 октября в журнале Science Advances, проливает свет на причины этого явления. Оно показывает, что когда процесс разрушения отцовских митохондрий (PME) даёт сбой, и они проникают в развивающийся эмбрион, это может привести к стойким неврологическим, поведенческим и репродуктивным проблемам у взрослых особей.

Исследование, проведённое на круглых червях C. elegans, даёт новые подсказки о том, что может вызывать некоторые митохондриальные заболевания, которые нарушают способность организма производить энергию и в совокупности затрагивают примерно 1 из 5000 человек. Оно также предлагает новый подход для их потенциального предотвращения или лечения — с помощью простого витамина K2.

"Эти результаты дают важное новое понимание того, почему отцовские митохондрии должны быть быстро удалены на ранних стадиях развития", — говорит старший автор Дин Сюэ.

Когда "клеточные батарейки" садятся

Митохондрии, часто описываемые как клеточные батареи, производят аденозинтрифосфат (ATP) — энергию, которая питает практически все функции клетки. У них есть своя собственная ДНК, которая обычно передаётся исключительно по материнской линии.

В 2016 году Сюэ опубликовал одну из первых работ, подробно описывающих, как именно уничтожаются отцовские митохондрии — с помощью многофакторного механизма самоуничтожения, известного как "элиминация отцовских митохондрий" (PME). Этот процесс задокументирован у червей, грызунов и людей.

"Это может быть унизительно для мужчины слышать, но это правда", — пошутил Сюэ. — "Наш материал настолько нежелателен, что эволюция разработала несколько механизмов, чтобы гарантировать его удаление во время размножения".

Исследователи изучили, что происходит, когда отцовские митохондрии не самоуничтожаются. Команда не смогла полностью остановить PME у червей, но задержала её примерно на 10 часов. Это привело к значительному снижению уровня ATP. Если черви выживали, у них наблюдались нарушения когнитивных функций, изменённая активность и трудности с размножением.

Когда исследователи обработали червей формой витамина K2, известной как MK-4, это восстановило уровень ATP в эмбрионах до нормы и улучшило память, активность и репродуктивную функцию у взрослых червей.

Надежда на трудноизлечимые заболевания

Авторы отмечают, что существует лишь несколько задокументированных случаев, когда ДНК отцовских митохондрий могла быть обнаружена у взрослых людей. Например, у 28-летнего мужчины были проблемы с дыханием, слабость мышц и непереносимость физических упражнений.

Сюэ предполагает, что в некоторых случаях, как и у червей, простая задержка PME может способствовать развитию трудно диагностируемых заболеваний человека.

"Если у вас есть проблема с ATP, это может повлиять на каждый этап жизненного цикла человека", — говорит он.

Исследование даёт надежду, что одна день семьи с историей митохондриальных заболеваний смогут принимать витамин K2 пренатально в качестве профилактической меры. Эта работа также может привести к новым способам диагностики или лечения подобных расстройств.

"Есть много болезней, которые плохо изучены. Никто толком не знает, что происходит. Это исследование даёт подсказки", — заключает Сюэ.