Після запліднення яйцеклітина вбиває батьківські мітохондрії та залишає лише свої

Вчені Інституту Вейцмана показали, як яйцеклітина позбавляється мітохондрій сперматозоїда і пояснили, чому це відбувається. Описаний механізм може допомогти удосконалити процес ЕКЗ.

Батьківські мітохондрії (клітинні "електростанції") зникають незабаром після запліднення практично у всіх видів - від рослин, що розмножуються статевим шляхом, грибів і комах до ссавців, включаючи людину. Згідно з однією з теорій, батьківські мітохондрії просто розбавляються набагато численнішими материнськими. Це припущення не позбавлене підстав, оскільки материнських мітохондрій набагато більше: у зрілій яйцеклітині ссавця налічується від 100 000 до 600 000 мітохондрій, а в одному сперматозоїді їх всього 50-75.

Але є й інша гіпотеза, за якою яйцеклітина агресивно знищує мітохондрії сперматозоїда. Лабораторія професора Елі Арама з Інституту Вейцмана у попередніх дослідженнях надала докази на користь цієї теорії "активного знищення". Нове дослідження, проведене під проводом Шарон Бен-Хур, розкрило молекулярний механізм цього процесу.

Робота опублікована у журналі Nature Communications.

Сперматозоїди плодової мушки (дрозофіли) – одні з найбільших у природі, що робить їх гарною моделлю для подібних досліджень. Мітохондрії сперматозоїда дрозофіли не розкидані хаотично, а скомпоновані вздовж хвоста. Але яйцеклітина плодової мушки здатна зруйнувати навіть таку велику освіту.

Вчені показали, що як сперматозоїд проникає в яйцеклітину, його зустрічають цілі рої везикул. Вони покривають хвіст сперматозоїда та розкладають його мітохондрії на дрібні фрагменти.

"Ми виявили, що яйцеклітина використовує вроджений імунітет для знищення батьківських мітохондрій. У певному сенсі вона відноситься до них як до небезпечних порушників", – каже Бен-Хур.

Вчені пояснюють, чому батьківські мітохондрії мають бути знищені. "Одна з можливих причин полягає в тому, що батьківські мітохондрії можуть містити РНК та інші молекули, які є шкідливими для ембріона", - каже професор Арама.

Коли вчені створили ембріони мушок-мутантів, нездатні руйнувати батьківські мітохондрії, ембріони не змогли нормально розвиватися.

Було розпочато дослідження того, як процес знищення батьківських мітохондрій працює у людей. Вчені вже відзначили певну подібність: вони виявили скупчення везикул поблизу хвоста сперматозоїда ссавця після запліднення. Якщо ця подібність підтвердиться під час подальших досліджень, можна буде вдосконалити сучасні методи ЕКЗ.

Відео, що ілюструє процес знищення мітохондрій сперматозоїда

Що таке мітохондрії і чому важливо покращити їхню роботу

Наше самопочуття безпосередньо залежить від того, що ми їмо. Але які продукти є найкориснішими для організму? Щоб розібратися в цьому питанні, для початку потрібно вивчити, що є мітохондрією і як поліпшити їхню роботу.

Мітохондрії – це мікроорганели, присутні у більшості клітин. Вони виробляють енергію за допомогою з'єднання поживних компонентів з жирів і глюкози з повітрям, що вдихається, тобто киснем. В одній тільки клітині може бути сотні тисяч мітохондрій, що виробляють енергомолекули – аденозинтрифосфати. Мітохондрії беруть участь в обмінних процесах і тому, щоб запобігти розвитку різних захворювань, важливо подбати про здоров'я цих органел.

Речовини, що покращують роботу мітохондрій

1. Яблучна кислота - міститься у малині, барбарисі, винограді, цитрусових, зелених яблуках.

2. Ресвератрол – сильний антиоксидант, що міститься у винограді червоного ґатунку. Ця речовина здатна підвищити рівень білків, що беруть участь у процесі виробництва органел.

3. Апігенін – міститься у свіжих овочах та фруктах, захищає здорові мітохондрії від клітинного стресу та покращує їх функції.

4. Лейцин – амінокислота, яка бере участь у процесі утворення білків. Міститься у квасолі, домашніх яйцях, молоці.

5. Липоєва кислота – міститься переважно у яловичій печінці та субпродуктах. Така кислота зменшує порушення у роботі органел, пов'язані з віковими змінами.

6. Берберін – рослинний алкалоїд, який активно застосовується у китайській медицині. Така речовина здатна пригнічувати ракові клітини, але при високому дозуванні може бути токсичною та спровокувати дисфункцію мітохондрій.

7. Гірка диня – азіатський фрукт, найпотужніший антиоксидант, який часто застосовується для лікування цукрового діабету та здатний значно покращити роботу мітохондрій.

8. Азіатська центела або готу кола - рослина, що активно застосовується в китайській медицині при лікуванні туберкульозу, бронхіту, астми. Ця рослина містить речовини, що покращують обмінні процеси в організмі і здатні збільшити кількість мітохондрій у мозку, хоча точні наукові дані про вплив готу колу на функцію мітохондрій відсутні.

9. Гіностемма – трав'яниста рослина, здатна підвищити рівень мітохондріальних білків.

10. Бутират – молекула жирних кислот, що виробляється в організмі «хорошими» бактеріями під час переробки харчових волокон. Бутират має антиоксидантну дію і запобігає пошкодженню органел.

11. Гідрокситірозол – міститься в оливковій олії, має протизапальну та антиоксидантну дію, покращуючи функції мітохондрій та зменшуючи окисні стреси.

12. Бурштинова кислота (сукцинат) – міститься в деяких рослинах та бурштині, купити її можна вільно в аптеках. Така кислота відновлює структуру мітохондрій, пошкоджених окислювальним стресом, та покращує їх функції.

13. Китайський шоломник – рослина, що має протиракову дію, здатність зменшити епілептичні напади та захистити органели від шкідливого впливу продуктів життєдіяльності бактерій.

14. Креатин – карбонова кислота, що знаходиться в людському організмі, бере участь в енергетичному обміні в мозку та м'язах. Така кислота здатна відновлювати функції мітохондрій, ушкоджених окислювальними стресами.

15. Ацетилкарнітин – форма L-карнітину, добавка, що зміцнює судини та покращує роботу мозку. Ацетилкарнітин запобігає пошкодженню органел, мінімізує клітинну смертність та підвищує кількість здорових мітохондрій.

16. Червона шавлія – міститься в корінні рослин і застосовується для лікування захворювань судин та серця. Шавлія здатна підвищити активність білків і налагодити роботу органел.

17. Кавова кислота - міститься в рослинах, що мінімізує ймовірність окисного пошкодження мітохондрій.

18. Зелений чай – містить речовину, що накопичується в органелах та активує роботу деяких білків, пов'язаних з їхньою основною функцією.

19. Куркумін - міститься в спеції куркумі, також застосовується як добавка. Куркумін захищає мітохондрії, збільшує їх кількість та перешкоджає загибелі клітин. опубліковано econet

P.S.І пам'ятайте, лише змінюючи свою свідомість - ми разом змінюємо світ! © econet

*Статті Еконет.ру призначені тільки для ознайомлювальних та освітніх цілей і не замінюють професійні медичні консультації, діагностику або лікування. Завжди консультуйтеся зі своїм лікарем з будь-яких питань, які можуть виникнути у вас про стан здоров'я.

Життя та смерть мітохондрій

Якщо ви думаєте, що найважливіша для нас історія спільного життя починається під час весілля, це зовсім не так. Найважливіша історія спільного життя кожної людини почалася понад мільярд років тому, коли наші далекі одноклітинні предки змушені були підписати «шлюбний контракт» з тими, кого ми зараз називаємо мітохондрією (див. теорія симбіогенезу).

Мітохондрії мають дві мембрани (внутрішню та зовнішню) та власний спадковий матеріал у вигляді ДНК (рис.1). На внутрішній мембрані мітохондрій знаходиться система окисного фосфорилювання, робота якої забезпечує окислення енергетичних субстратів з утворенням АТФ.

Мал. 1. Схематична будова мітохондрії

У шлюбному контракті клітини та мітохондрії немає пункту «у хворобі та здоров'ї», — і добре. Якщо мітохондрія стає старою, клітина може її вбити в процесі мітофагії, а мітохондрії, у свою чергу, регулюють процес апоптозу у недієздатних і старих клітин. Якщо процес взаємного контролю за якістю порушується, запускаються механізми старіння. Порушуються механізми апоптозу, збільшується кількість вільних радикалів, які не контролюються мітохондрією. Це спричиняє системне запалення, пошкодження ДНК клітини.Таким чином, є сильний взаємозв'язок між МХ дисфункцією, вік-залежними захворюваннями, старінням організму та метаболічними дисфункціями [1]. Метаболічна дисфункція - постійний вершник апокаліпсису старіння.

"Як білка в колесі" - динаміка мітохондрій

Не вся вина за метаболічні порушення лежить на нашому переїданні. Метаболічні порушення пов'язують, насамперед, із нездатністю мітохондрій впоратися з поживними речовинами. Мітохондріям у клітці доводиться нелегко. Ми «годуємо» свої клітини то надто багато, то надто мало, а висуваємо їм «заявку» видати енергію у вигляді АТФ, кількість якої точно має відповідати нашим потребам. Для того щоб регулярно «викручуватися» з цієї ситуації мітохондрії і справді використовують деякі «рухи» - розподіл (fission) та злиття (fusion). Ці «міторухи» об'єднують під назвою «динаміка мітохондрій». Баланс між розподілом та злиттям мітохондрій – центральний механізм біоенергетичної адаптації до метаболічних потреб клітини [2, 3].

Найбільше мітохондрій знаходиться в тканинах з високими енергетичними потребами — м'язи, печінка, бура жирова тканина, мозок. Не дивно, як і динаміка мітохондрій у цих тканинах вивчена краще.

Отже, якщо в клітину будь-якої з цих тканин (крім деяких нейронів у мозку, про це потім) надходить велика кількість поживних речовин (надходження перевищує витрати), то мітохондрії перебувають у розділеному (фрагментованому) стані. Якщо клітина перебуває у стані голоду (надходження менше витрат), відбувається злиття мітохондрій і вони перебувають у сполученому стані. [3,4]. Так підтримується гомеостаз клітини (рис.2).

Мал. 2 Регулювання морфології та біоенергетичної ефективності мітохондрій у відповідь на надлишкове або недостатнє надходження поживних речовин [з 2]

Клітинний метаболічний гомеостаз залежить від балансу між споживанням поживних речовин та їх витратою. Зміни у постачанні поживних речовин призводить до клітинних адаптацій для відновлення балансу. Надлишок живлення призводить до фрагментації мітохондріальної мережі, що спричиняє зниження біоенергетичної ефективності мітохондрій. Це дозволить уникнути втрат енергії. Навпаки, при метаболічному голоді мітохондрії подовжуються, щоб збільшити свою біоенергетичну ефективність.

У чому хитрість цих рухів? Якщо клітина перебуває у стані голоду, то злиття мітохондрій дозволяє збільшити їхню біоенергетичну ефективність (кількість АТР, що створюється на молекулу поживної речовини). Якщо ж у клітину надходить надлишок поживних речовин, їх можна або 1) запасти, або 2) розсіяти цю енергію як тепла. Завдання мітохондрій у цьому випадку - розсіяти більше енергії у вигляді тепла, запасти менше у вигляді АТФ (накопичення NADH і АФК призведе до окислювального стресу). Фрагментація мітохондрій дозволяє знизити біоенергетичну ефективність, головним механізмом зниження якої вважається «витік» протонів.

Отже, ми ходимо працювати, а життя мітохондрій постійно протікає як циклу поділу і злиття (рис 3).

Рис.3 Баланс енергоспоживання та енергозабезпечення пов'язаний із відповідними змінами архітектури мітохондрій та їх біоенергетичною ефективністю [з 3]
Фізіологічні процеси, пов'язані зі збільшенням попиту на енергію та зниженням енергопостачання, (наприклад, гострий стрес, голодування та фаза G1/S) характеризуються подовженням мітохондрій та диханням, пов'язаним із синтезом АТФ. З іншого боку, фізіологічні процеси, пов'язані зі зменшенням попиту на енергію та збільшенням її постачання (високий рівень поживних речовин, ожиріння та діабет типу 2), пов'язані з фрагментацією мітохондрій, виділенням тепла або зниженням функції мітохондрій.

Здорові цикли поділу та злиття – запорука метаболічного здоров'я клітини

Нормальний цикл поділу мітохондрій та їх злиття є ключовою ланкою контролю якості. Чому? При розподілі мітохондрій утворюється дві дочірні, одна з яких має більш високий мембранний потенціал і йде далі в цикл злиття-поділу, а інша, з деполяризованішою мембраною, залишається відокремленою до відновлення мембранного потенціалу. Якщо потенціал відновлюється, вона з'єднується з мітохондріальною мережею. Якщо вона залишається деполяризованою, то вона елімінується у процесі аутофагії, що є запорукою якості пулу мітохондрій (рис.4).

Тривале пригнічення поділу мітохондрій (при тривалому клітинному голодуванні) призводить до накопичення пошкоджених мітохондрій, які не можуть бути сегреговані [3, 4].

З іншого боку, надлишок поживних речовин призводить до пригнічення злиття мітохондрій, що призводить до порушення циклу мітохондріальної динаміки, збільшує внутрішньоклітинну мітохондріальну гетерогенність. Так, при надлишку їжі фрагментація мітохондрій протективна, проте тривала фрагментація, як і тривале злиття, шкідлива контролю якості мітохондрій.Не відбувається селективного видалення, мітохондріальна маса зменшуватиметься і складатиметься з невеликих деполяризованих мітохондрій.

Рис.4 Життєвий цикл мітохондрій та його регулювання доступністю поживних речовин [з 3]

Мітофузини – не просто якісь білки

На молекулярному рівні злиття мітохондрій є двостадійним процесом, який потребує координованого злиття зовнішньої та внутрішньої мембран під час окремих послідовних подій. У ссавців цей процес регулюється трьома білками, які належать до GTPаз: Mfn1 і Mfn2 необхідні злиття зовнішньої мембрани, а ОРА1 – для злиття внутрішньої мембрани. Для поділу потрібні інші білки - Fis1 і Drp1.

Роль білків-мітофузинів була вивчена в loss-і gain-of function studies. Мишки, мутантні за білками-мітофузинами, гинуть ще в mid-gestation, тому що у них неможливим стає злиття мітохондрій. Мітофузини важливі для процесів аутофагії та мітофагії. Зниження експресії Mfn2 у кардіоміоцитах блокує запуск процесу аутофагії, тому що блокується злиття аутофагосом із лізосомами. Виснаження Mfn2 призводить до зниження потенціалу мембран мітохондрій, для компенсації відбувається зниження роботи дихального ланцюга, зростає поглинання глюкози та знижується синтез глікогену. Клітина переходить на анаеробний гліокліз, а це шлях до онкологічного переродження клітини. Дефіцит Mfn2 призводить до нейродегенеративних змін. Підвищення експресії Mfn2 у скелетних м'язах підвищує їхню чутливість до інсуліну.

Mfn1 виконує подібні функції, однак, ймовірно, в інших тканинах (експресія Mfn2 і Mfn1 різниться в різних тканинах) – Mfn1 експресується переважно в серці, печінці, підшлунковій, яєчках, а Mfn2 у серці, скелетних м'язах, мозку, бурій жировій тканині .
Таким чином, мітофузини є ключовими регуляторами динаміки мітохондрій. Експресія мітофузинів різна в різних органах, вони забезпечують біоенергетичну ефективність та механізми адаптації до доступності поживних речовин, а також від них залежить «доля» клітини. Не дивно, що мітохондріальні фузійні білки є потенційними таргетами фармакологічних втручань [2, 5].

Гіпоталамус, мітохондрії, метаболічна дисфункція та старіння

Динаміка мітохондрій важлива у всіх клітинах. У бета-клітинах підшлункової залози мітохондрії є сенсорами поживних речовин та генераторами сигналів синтезу інсуліну, у м'язах динаміка мітохондрій важлива для регуляції метаболізму глюкози тощо. Однак людина не просто сукупність клітин різного типу, кожна з яких ухвалює самостійні рішення. Організм – це система, яка має центральну регуляторну ланку підтримки гомеостазу енергії та глюкози. Цим головним регулятором є гіпоталамус.

Гіпоталамус розташований у проміжному мозку і саме він забезпечує взаємозв'язок нервової та гуморальної систем регуляції. Нейрони гіпоталамуса сприймають, обробляють і реагують на сигнали від жирової тканини (лептин), підшлункової залози (інсулін) та інші гормональні стимули (грелін, холецистокінін, панкреатичний поліпептид та ін.). Гіпоталамус управляє діяльністю ендокринної системи людини завдяки тому, що його нейрони здатні виділяти нейроендокринні трансмітери, що стимулюють або пригнічують вироблення гормонів гіпофізом. Іншими словами, гіпоталамус, маса якого не перевищує 5% мозку, є центром регуляції ендокринних функцій та підтримки гомеостазу всього організму.

Ще Дільман (Дільман Ст.М «Великий біологічний годинник») вказував на провідну роль гіпоталамуса в планомірному розвитку метаболічної дисфункції, що призводить до ожиріння, цукрового діабету, серцево-судинним, онкологічним захворюванням та старінню. Відповідно до сформованої Дильманом теорії гіперадаптозу чутливість рецепторів гіпоталамуса до сигналів, що надходять від тканин організму (лептин, інсулін та ін.) Поступово планомірно знижується з віком. Для того, щоб викликати його «відповідь», потрібно все більше і більше того чи іншого гормону, — більше інсуліну, більше лептину. Розвивається інсулін- та лептинрезистентність, метаболічні захворювання, що призводять до старіння та смерті.

Залежно від виконуваних функцій групи нейронів поєднують у ядра гіпоталамуса. Одне з них – аркуатне (дугоподібне) ядро ​​є ключовим регулятором харчової поведінки та обміну речовин. У ньому можуть утворюватися орексигенні нейропептиди (стимулюють апетит) та анорексигенні (пригнічують апетит), що відносяться відповідно до AgRP та POMC нейронів. Периферичні сигнали (інсулін, грелін, лептин та інших.) впливають експресію пептидів, стимулюючих чи пригнічують апетит, що забезпечує злагодженість центральної регуляції (рис.5).

Мал. 5. Гіпоталамічний контроль метмболізму енергії. Мозок інтегрує метаболічні сигнали (лептин, інсулін, грелін, PYY3-36) від периферичних тканин, таких як підшлункова залоза, жирова тканина, шлунок. У мозку спеціалізовані нейронні мережі координують адаптивні зміни у поглинанні та витраті їжі [з 5].

То хто і як регулює чутливість нейронів гіпоталамуса?

Вивчення динаміки мітохондрій у тканинах мозку показало, що динаміка мітохондрій відіграє істотну роль у здатності нейронів гіпоталамуса контролювати рівень глюкози та гомеостаз енергії в організмі [6,7,8].

У AgRP нейронах (hunger-promoting AgRP neurons), які стимулюють апетит та регулюють набір маси, голодування призводить до поділу мітохондрій, а high-fat feeding – до злиття. Тобто відповідь мітохондрій відрізняється від такої в більшості інших клітин.

Злиття МХ у цих нейронах регулює електричну активність у відповідь на високожирову дієту, стимулюючи вироблення орексигенного пептиду (AgRP пептиду) воно необхідне для набору ваги та відкладення жиру при надлишку поживних речовин. Делеції Mfn1 та Mfn2 у цих нейронах призводили до меншого набору ваги у щурів за рахунок зниження рівня циркулюючого лептину.

РОМС нейрони (пригнічують апетит) мають протилежну функцію, і динаміка мітохондрій у відповідь надходження поживних речовин вони інша. Зниження експресії мітофузинів у цих нейронах призводить до порушення зв'язку мітохондрій з ЕПС, а в результаті – гіперфагія, лептинрезистентність та ожиріння. При цьому зростало споживання їжі, а енерговитрати знижувалися.

Таким чином, відповідь організму на високожирову дієту залежить від патернів динаміки мітохондрій у нейронах гіпоталамуса. Ремоделювання мітохондрій у нейронах забезпечує їх у відповідь надходження у організм поживних речовин, стимулює вироблення нейропептидів, які стимулюватимуть чи придушувати апетит, впливаючи на метаболізм лише на рівні організму (Рис.6).

Рис.6. Метаболічна адаптація до стимулів довкілля [з 2]

У відповідь на екзогенні стимули Mfns залучені до трансдукції метаболічного сигналінгу в різних органах, що забезпечує підтримку гомеостазу енергії всього організму. Зокрема, у відповідь на споживання їжі, зміни температури, стрес або фізичні вправи, бура жирова тканина, мозок, серце чи скелетні м'язи адаптують свій метаболізм для контролю харчування, ваги тіла, скорочувальних функцій, антиоксидантної відповіді чи чутливості до інсуліну.

Як вплинути на динаміку мітохондрій?

1. Харчування та фізичні вправи

Цикли харчування Надлишок їжі та високожирова дієта (HFD) пригнічує злиття мітохондрій у клітинах (у деяких нейронах мозку механізм інший). Незавершений цикл поділу-злиття мітохондрій порушує процеси аутофагії → збільшується внутрішньоклітинна гетерогенність мітохондрій → не відбувається селективного видалення мітохондрій → накопичуються мітохондрії з дисфункцією.

Calorie restriction (fed/fasting cycle) стимулює біоенергетичну адаптацію, забезпечуючи роботу механізмів якості мітохондрій.

2. Здорові мембрани: стеаринова кислота, кардіоліпін, фосфатидна кислота

Від «здоров'я» мембран мітохондрій залежать усі ключові процеси — аутофагія, мітофагія, апоптоз, зв'язок мітохондрій з ендоплазматичною мережею, динаміка мітохондрій. Мембрани клітинних органел складаються з ліпідів та з білків. Ремоделювання цих мембран контролюється взаємодіями між специфічними ліпідами та білками.

До насичених жирних кислот відноситься пальмітинова (С16) та стеаринова (С18). Показано, що вживання стеаринової кислоти (C18:0) стимулює процес злиття мітохондрій. Дія її пов'язана із впливом на мітофузини. У мишей дієтичні добавки стеаринової кислоти можуть частково відновлювати мітохондріальну дисфункцію, спричинену мутаціями у генах Pink1 або parkin. У нейтрофілах людей, що знаходяться 2 дні на low-C18:0 дієті, мітохондрії знаходяться у фрагментованому стані (50% клітин мали фрагментовані МХ, 10% з'єднані МХ). Вживання стеаринової кислоти призводило до злиття мітохондрій через 3 години [8]. Таким чином, стеринова кислота важлива для підтримки циклів динаміки мітохондрій. Найбільше стеаринової кислоти знаходиться в какао-бобах (31-34%).

Фосфоліпіди – основні компоненти мембран органел. Вони також регулюють динаміку мітохондрій, при цьому їх вплив по-різному [9].

Кардіоліпін (СL) стимулює поділ мітохондрій та злиття внутрішніх мембран.

Кардіоліпін необхідний роботи комплексу IV (цитрохром З оксидази) електронтранспортної ланцюга. Кардіоліпін знаходиться практично виключно у внутрішній мембрані мітохондрій. З віком відбувається зниження кількості кардіоліпіну. Є теорія, що втрата функції кардіоліпіну пов'язана із заміною насичених жирних кислот у його молекулі поліненасиченими жирними кислотами. Для вирішення цього питання необхідно вводити до раціону насичені жири, багаті, насамперед, на стеаринову жирну кислоту.

Для підвищення ефективності доставки насичених жирних кислот мембрану можливе використання переносників. Наприклад, використання насиченого фосфатидилхоліну (дипальмітофосфатидилхолін і дісероілфосфатіділхолін), який, потенційно, зможе доставити насичені РК прямо в кардіоліпін [10]. Холін, як переносник, легко проходить через цитозоль і надходить у мітохондрії.

Фосфатидна кислота (РА) інгібує мітохондріальний поділ та стимулює злиття зовнішніх мембран (рис.7).

Рис.7 Регулює злиття мітохондрій фосфатидною кислотою (PA) та кардіоліпіном (CL) [з 9].

У зовнішній мембрані (ОМ) РА стимулює мітофузин-опосередковане (Mfn) злиття. У внутрішній мембрані (IM) CL стимулює Opa1-опосередковане злиття. Скорочення: ER – ендоплазматичний ретикулум; MitoPLD, - мітохондрія-локалізована фосфоліпаза D.

3. Регуляція експресії мітофузинів (білків, що відповідають за динаміку мітохондрій)

Все, про що ми говорили вище (сalorie restriction, стеаринова кислота, фосфоліпіди), діють, впливаючи на експресію мітофузинів.

Крім цього є ряд препаратів, які опосередковано можуть впливати на динаміку мітохондрій. До них можна віднести використання метформіну.

Найбільш цікавим є використання речовин, які здатні безпосередньо впливати на експресію мітофузинів. Одним із потенційних препаратів названий лефлюномід (leflunomide), який був схвалений FDA [5,11].Він є індуктором експресії Mfn1 і Mfn2, а зареєстрований як препарат для лікування ревматоїдного артриту.

Генна терапія мітохондрій

Порушення динаміки мітохондрій може бути пов'язане з порушенням експресії білків, які відповідають за злиття та поділ мітохондрій. Крім цього, порушення функції цих білків може бути пов'язане (і це і відбувається найчастіше) з їхніми мутаціями. Тут є два підходи до розгляду причинно-наслідкових взаємодій порушення функції мітохондрій.

Раніше вважалося, що спосіб життя, у тому числі переїдання, призводить до утворення вільних радикалів, окислювального стресу, мутацій мітохондріального геному і, послідовно, порушень функції мітохондрій. Однак останнім часом є переконливі докази того, що мутації мітохондріальної ДНК неминучі, є у всіх (heteroplasmic DNA point mutations) і пов'язані з помилками реплікації, а не з оксидативними ушкодженнями, до яких мітохондріальна ДНК досить стійка [12]. Вже на етапі заплідненої яйцеклітини частина наших мітохондрій несуть мутації. Згодом вони діляться, мутантних мітохондрій стає більше, вони не можуть нормально виконувати свою функцію.

Мал. 8 Клональна експансія мутованих молекул мтДНК може призводити до мітохондріальної дисфункції або може бути врятовано компенсаційним біогенезом [з 12].

Тут дуже доречно можна було б використовувати редагування геному мітохондрій in vivo. Було показано, що для heteroplasmic DNA point mutations у мишей вже був досягнутий значний успіх за допомогою targeted zinc-finger nucleases (mtZFN) з доставкою за допомогою аденовірусного вектора [13].

Перенесення мітохондрій

Інший перспективний метод усунення дисфункції мітохондрій – це трансплантація мітохондрій. Суть цього підходу зводиться до «заміни» пошкоджених мітохондрій здоровими екзогенними мітохондріями. Вперше цей підхід був використаний клінічно у дітей із ішемією міокарда.Для трансплантації використовували аутологічні ізольовані мітохондрії, які ізолювали при прямому м'язі живота (робили біопсію, а потім готували препарат), а потім вводили шляхом прямої ін'єкції [14]. Проробляються різні підходи введення мітохондрій: пряме ін'єкція ізольованих мітохондрій (локальне введення) та системне введення в кровотік, коли мітохондрія сама «шукає» в яку клітину їй відправитися. Групи дослідників вивчають можливість трансплантації мітохондрій при хворобі Паркінсона, ішемії печінки, інсульті, мітохондріальних захворюваннях [15].

Рис.9 Способи доставки екзогенних мітохондрій у клітину

1. Kauppila, Timo ES, Johanna HK Kauppila, та Nils-Göran Larsson. "Mammalian mitochondria and aging: an update." Cell metabolism 25.1 (2017): 57-71.
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1550413116305022
2. Schrepfer, Emilie, і Luca Scorrano. «Mitofusins, від mitochondria to metabolism.» Molecular cell 61.5 (2016): 683-694.
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276516001337#fig1
3. Marc Liesa, Orian Shirihai “Mitochondrial Dynamics в Регламенті Nutrient Utilization and Energy Expenditure” Cell methabolism (2013): 491-506
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1550413113001046#fig3
4. Ramos, Eduardo Silva, Nils-Göran Larsson та Arnaud Mourier. «Bioenergetic roles of mitochondrial fusion.» Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Bioenergetics 1857.8 (2016): 1277-1283.
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005272816300858
5. Cunarro, Juan, et al. «Hypothalamic mitochondrial dysfunction як target в obesity and metabolic disease.» Frontiers in endocrinology 9 (2018): 283.
www.frontiersin.org/articles/10.3389/fendo.2018.00283/full
6. Marcelo O.Dietrich та ін. “Mitochondrial Dynamics Controlled by Mitofusins ​​Regulate Agrp Neuronal Activity and Diet-Induced Obesity”.
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867413010957#figs2
7. Steculorum, Sophie M., і Jens C. Brüning.„Sweet mitochondrial dynamics in VMH neurons.“ Cell metabolism 23.4 (2016): 577-579.
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1550413116301176
8. Senyilmaz-Tiebe, Deniz, et al. „Dietary stearic acid regulates mitochondria in vivo in humans.“ Nature communications 9.1 (2018): 3129.
www.nature.com/articles/s41467-018-05614-6
9. Kameoka, Shoichiro, et al. „Phosphatidic Acid and Cardiolipin Coordinate Mitochondrial Dynamics.“ Trends in cell biology (2017).
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0962892417301587
10. raypeatforum.com/community/threads/mitolipin-liquid-saturated-phosphatidylcholine-pc-mix.10398
11. Miret-Casals, Laia, et al. „Identification of new activators of mitochondrial fusion reveals a link between mitochondrial morphology and pyrimidine metabolism.“ Cell chemical biology25.3 (2018): 268-278.
12. Kauppila, Timo ES, Johanna HK Kauppila, та Nils-Göran Larsson. „Mammalian mitochondria and aging: an update.“ Cell metabolism 25.1 (2017): 57-71.
13. Gammage та ін. “Genome editing in mitochondria corrects a pathogenic mtDNA mutation in vivo” Nature medicine, 2017
www.nature.com/articles/s41591-018-0165-9
14. Emani, Sitaram M., та ін. „Autologous mitochondrial transplantation for dysfunction after ischemia-reperfusion injury.“ The Journal of thoracic and cardiovascular surgery 154.1 (2017): 286-289.
www.jtcvs.org/article/S0022-5223(17)30258-1/fulltext
15. McCully, James D., та ін. „Mitochondrial transplantation: З animal models для clinic use in humans.“ Mitochondrion 34 (2017): 127-134.
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1567724917300053