Новый метод удаляет митохондрии из стволовых клеток и эмбрионов, раскрывая их роль
Исследователи из Медицинского центра UT Southwestern разработали генетический метод, который заставляет клетки избавляться от митохондрий. Это позволило получить новые данные о функциях этих критически важных органелл. Результаты, опубликованные в журнале Cell, расширяют фундаментальные знания о роли митохондрий в клетках и эволюции и в перспективе могут привести к новым методам лечения пациентов с митохондриальными заболеваниями, такими как синдром Ли и синдром Кернса-Сейра.
Суть метода
Учёные использовали естественный клеточный путь — митофагию, который обычно служит для утилизации старых или повреждённых митохондрий. С помощью генной инженерии они заставили клетки деградировать все свои митохондрии, что назвали «принудительной митофагией».
Ключевые результаты
Выживание клеток без митохондрий: Метод был применён к человеческим плюрипотентным стволовым клеткам (hPSCs). Несмотря на остановку деления, клетки, лишённые митохондрий, могли выживать в чашках Петри до пяти дней. Аналогичные результаты были получены с клетками мышей и hPSCs с патогенной мутацией митохондриальной ДНК.
Компенсация функций: Анализ экспрессии ядерных генов показал, что hPSCs частично компенсировали отсутствие митохондрий. Белки, кодируемые ядерными генами, взяли на себя производство энергии и некоторые другие функции.
Эволюционный «кроссталкинг»: Учёные создали гибридные клетки, объединив hPSCs человека с плюрипотентными стволовыми клетками (PSCs) ближайших родственников человека — шимпанзе, бонобо, гориллы и орангутана. В таких клетках с двумя ядерными геномами и двумя наборами митохондрий селективно удалялись все митохондрии нечеловеческих приматов, оставались только человеческие. Обратный эксперимент показал, что, несмотря на миллионы лет эволюционного разделения, митохондрии человека и других приматов в значительной степени взаимозаменяемы, вызывая лишь тонкие различия в экспрессии генов.
Интересная находка: Гены, активность которых различалась в клетках с человеческими и нечеловеческими митохондриями, были в основном связаны с развитием мозга или неврологическими заболеваниями. Это указывает на возможную роль митохондрий в различиях мозга между человеком и другими приматами.
Влияние на развитие эмбрионов: Применение метода к эмбрионам мышей показало, что эмбрионы, лишённые более 65% митохондрий, не имплантировались в матку. Эмбрионы с потерей около трети митохондрий развивались с задержкой, но к 12,5 дням после оплодотворения восстанавливали нормальное количество митохондрий и типичные темпы развития.
Значение
Это исследование открывает новые пути для изучения роли митохондрий в клеточных функциях, развитии тканей и органов, старении и эволюции видов. Метод принудительной митофагии станет инструментом для дальнейших изысканий.