По данным исследователей Калифорнийского университета в Ирвине, одно изменение в ДНК митохондрий – клеточных энергетических установок, которые генерируют энергию во всех клетках человека – вызывает дегенеративное заболевание сердца и мышц.
Исследование дает новое понимание возрастных заболеваний и дополнительное доказательство того, что митохондрии играют центральную роль в здоровье человека. Результаты исследования появятся в феврале. 15 выпуск журнала Science.
Дуглас Уоллес, директор Центра молекулярной и митохондриальной медицины и генетики Калифорнийского университета в Ирвине и руководитель исследования, говорит, что результаты также решают ключевую дилемму, с которой сталкиваются усилия по лечению и лечению наследственных дегенеративных заболеваний, включая хронические болезни сердца и мышц.
«Хотя традиционно считалось, что эти заболевания являются результатом мутаций в генах, кодируемых ДНК в ядре клетки, – сказал он, – наиболее распространенные дегенеративные заболевания часто не проявляют паттернов наследования, полностью согласующихся с нашим пониманием генетики ядерной ДНК. Наша демонстрация того, что мутации в митохондриальной ДНК также могут вызывать одни и те же заболевания, означает, что как ядерные, так и митохондриальные гены ДНК, которые влияют на функцию митохондрий, могут способствовать риску заболевания.”
Полное понимание важности митохондриальных дефектов, вызванных мутациями митохондриальной или ядерной ДНК, может привести к эффективному лечению возрастных заболеваний, от которых страдают миллионы людей во всем мире, добавил Уоллес.
Чтобы доказать важность мутаций митохондриальной ДНК для здоровья, исследователи из Калифорнийского университета в Ирвине создали относительно мягкую мутацию митохондриальной ДНК в клетках мыши, которая снизила ключевой фермент производства митохондриальной энергии на 50 процентов.
Затем они использовали эмбриональные стволовые клетки самок мышей, чтобы создать мышей, у которых эта мутация дефицита энергии митохондриальной ДНК была унаследована через женскую зародышевую линию, которая является репродуктивными клетками и другим генетическим материалом, переданным потомству. Мыши, несущие мутантную митохондриальную ДНК, в раннем возрасте казались нормальными, но к одному году у них развились выраженные мышечные и сердечные заболевания, похожие на болезни, которые могут развиваться у людей.
«Следовательно, мутации митохондриальной ДНК и связанные с ними энергетические дефекты достаточны, чтобы вызвать возрастное заболевание», – сказал Уоллес, профессор биологических наук и молекулярной медицины Дональда Брена и член Национальной академии наук. «Таким образом, дефицит энергии митохондрий может быть общим фактором этих заболеваний.”
Вэйвэй Фан, Катрина Уэймайр, Навнит Нарула, Пэн Ли, Кристоф Роше, Пинар Коскун, Мани Ваннан, Джагет Нарула и Грант МакГрегор из Калифорнийского университета в Ирвине также приняли участие в этом исследовании, которое проводится при поддержке Национальных институтов здравоохранения и Калифорнийского института регенерации. Медицина.
О митохондриях: Митохондрии существуют во всех клетках человека и имеют собственную ДНК. Они генерируют энергию, сжигая калории, которые мы едим, с кислородом, которым мы дышим, как на угольной электростанции. Помимо энергии, при сгорании митохондрий образуется «дым» в виде кислородных радикалов. Эти кислородные радикалы повреждают митохондриальную ДНК, вызывая очень высокую скорость мутаций как в тканях нашего тела, так и в клетках женской зародышевой линии.
Поскольку митохондриальная ДНК находится вне ядра клетки и не связана с ее ДНК, она наследуется исключительно от матери и присутствует в тысячах копий на клетку.
Поскольку митохондриальная ДНК наших клеток с возрастом накапливает повреждения, чертежи, необходимые для поддержания выработки энергии, теряются, что эквивалентно потере энергии в организме. Возникающее в результате возрастное снижение выработки клеточной энергии в конечном итоге приводит к отказу тканей и органов и развитию клинических заболеваний или недомоганий. Таким образом, накопление повреждений мтДНК может объяснить старение и отсроченное начало и прогрессирующее течение возрастных заболеваний и старения.
Источник: Калифорнийский университет в Ирвине