Как некоторые ткани могут «дышать» без кислорода

Обычно для клеточного дыхания в митохондриях необходим кислород, который служит конечным акцептором электронов в дыхательной цепи. Это позволяет клетке производить энергию в виде АТФ. Однако клетки сохраняют некоторые функции дыхательной цепи даже в отсутствие кислорода.

Учёные из Института Уайтхеда под руководством Джессики Спинелли выяснили, как это возможно. Их исследование, опубликованное 2 декабря в журнале Science, показало, что при дефиците кислорода его роль может взять на себя молекула фумарата.

Новый игрок в клеточной эстафете

Используя масс-спектрометрию, исследователи обнаружили, что в условиях гипоксии в клетках накапливается сукцинат. Это навело на мысль, что фумарат восстанавливается до сукцината, принимая электроны вместо кислорода.

Обычно ферментативный комплекс SDH (сукцинатдегидрогеназный) окисляет сукцинат до фумарата. Учёные доказали, что в условиях нехватки кислорода этот комплекс может работать в обратном направлении, восстанавливая фумарат. Ключевую роль в этом обращении играет накопление убихинона (убихинола).

Когда в культуре клеток «выключали» комплекс SDH, цепь переноса электронов останавливалась — подтверждая, что именно обратная работа этого комплекса поддерживает функции митохондрий в гипоксии.

Тканевая специфичность

В экспериментах на мышах выяснилось, что способность использовать фумарат в качестве конечного акцептора электронов зависит от типа ткани.

• Почка, печень и мозг способны работать в обратном направлении даже при нормальном уровне кислорода, а в гипоксии активно используют фумарат.
• Сердце и скелетные мышцы могут лишь минимально восстанавливать фумарат, но не способны эффективно поддерживать функцию митохондрий без кислорода.

Это открытие объясняет, как некоторые ткани выживают в условиях низкого кислорода, что актуально для исследований ишемии, диабета и рака. Особый интерес представляет изучение этого механизма в раковых клетках, которые часто существуют в гипоксических микроокружениях внутри опухолей.