Как дисфункция митохондрий приводит к преждевременному старению и болезням
Исследователи из Университета в Буффало и их коллабораторы разработали новые мощные методы для изучения и потенциального обращения вспять клеточных механизмов, вызывающих митохондриальные болезни и преждевременное старение.
Генетические дефекты в митохондриях, обеспечивающих клетки энергией, могут вызывать тяжёлые заболевания. Однако связь между этими дефектами, болезнями и старением до конца не была ясна.
Митохондрии и теломеры
В статье в Aging Cell впервые показана связь между дисфункцией митохондрий и укорочением теломер — ключевого биомаркера преждевременного старения.
«Укорочение теломер считается важным биомаркером старения, но долгое время механизм был неизвестен. Теперь мы можем напрямую связать дисфункцию митохондрий с укорочением теломер», — объяснил старший автор статьи Таошэн Хуанг.
Эксперименты проводились на мышиной модели Polg «мутатор», где ускорена скорость мутаций митохондриальной ДНК. Исследование также показало на примере человека, как единичное нуклеотидное изменение в митохондриальной ДНК, связанное с нарушением функции митохондрий и вызывающее педиатрические митохондриальные расстройства, может ускорять старение. Было обнаружено, что активные формы кислорода из-за плохой работы митохондрий со временем приводят к увеличению повреждений ДНК.
Эта работа — первая, демонстрирующая, что мутации митохондриальной ДНК в этой модели приводят к более быстрому старению, что подтверждается «эпигенетическими часами» ДНК.
Управление клеточными взаимодействиями
В статье в Nature Communications описано, как оптогенетика — использование света для управления клеточной активностью — может быть применена не только для изучения, но и для управления взаимодействиями клеточных органелл в реальном времени.
Работа сосредоточена на динамике митохондрий — процессах деления и слияния, баланс которых важен для здоровья клетки. Дисбаланс может привести к митохондриальным заболеваниям.
«Мы описываем технологию, которая впервые позволяет нам напрямую манипулировать взаимодействиями между митохондриями и другими органеллами в клетке», — сказал Хуанг.
«Используя оптогенетику для принудительного физического взаимодействия между митохондриями и лизосомами, мы смогли восстановить митохондрии до более нормального размера и одновременно улучшить их энергопроизводящие функции», — объяснил он. — «Мы считаем, что это новое открытие может лечь в основу будущей диагностики и лечения этой группы заболеваний».
Работа стала возможной благодаря использованию мощной технологии визуализации — структурированной освещённой микроскопии (SIM), позволяющей проводить съёмку живых клеток в реальном времени с чрезвычайно высоким разрешением.