Учёные раскрыли механизм конкуренции между сосуществующими митохондриальными геномами

Исследование, проведённое в Национальном центре сердечно-сосудистых исследований (CNIC), выявило механизм конкуренции между различными митохондриальными геномами, сосуществующими в одной клетке. Работа, опубликованная в Science Advances, объясняет, почему одновременное присутствие более одного варианта митохондриальной ДНК (мтДНК) в клетке отвергается большинством клеток, которые выбирают единственный вариант мтДНК, зависящий от типа ткани.

Исследование координировал доктор Хосе Антонио Энрикес. Учёные обнаружили, что выбор между мтДНК, присутствующими в одной клетке, зависит от их влияния на клеточный метаболизм и может регулироваться различиями в функции генов, действием лекарств или изменениями в диете. Эти факторы вместе определяют предпочтение конкретного варианта мтДНК.

Результаты, полученные за более чем пять лет исследований, показывают, что клетки могут обнаруживать присутствие митохондрий с различными геномами мтДНК и выбирать вариант, лучше подходящий для метаболических потребностей конкретного типа клеток.

«Исследование устанавливает, что выбор варианта мтДНК зависит от типа клетки, а не от ткани, как считалось ранее», — пояснила первый автор работы доктор Ана Виктория Лечуга-Вьеко. «Предпочтение клетки конкретному митохондриальному варианту зависит от её метаболической программы и от нескольких ядерных генов, которые оказывают тонкое влияние на метаболизм и контроль качества митохондрий. Мы показали, что этот механизм является процессом функционального отбора».

Сосуществование более одного варианта мтДНК в одной клетке (гетероплазмия) встречается у людей чаще, чем ожидалось, и может быть результатом новых методов лечения митохондриальных заболеваний и медицинских технологий, связанных с донорством митохондрий.

Новое исследование «предоставляет первое описание присутствия более одного митохондриального генома на клеточном уровне, а также определяет механизм конкуренции между различными митохондриальными геномами внутри одной и той же клетки», — отметила соавтор статьи доктор Ана Латорре-Пеллисер.

Работа проводилась на мышах с различными митохондриальными геномами, сосуществующими в отдельных клетках. Эта модель позволила определить, как клетки выбирают один митохондриальный вариант, чтобы избежать присутствия более одного типа мтДНК, и изучить сложность коммуникации между клеточными ядрами и митохондриями.

Кроме того, исследование выявило молекулярные мишени для разработки инструментов контроля отбора мтДНК и клеточного метаболизма, чтобы предотвратить случайное возникновение гетероплазмии в результате новых медицинских процедур. К таким технологиям относятся:

• Трансплантация здоровых митохондрий для предотвращения митохондриальных заболеваний.
• Инъекция митохондрий в ооциты для повышения фертильности.
• Предлагаемая передача митохондрий в клеточной терапии для лечения различных заболеваний, включая сердечно-сосудистые, лёгочные и неврологические.