У світі клітинної біології відбулося знаменне відкриття! Вчені з південно – західного медичного центру Каліфорнійського університету розробили революційний метод, що дозволяє заглянути в саму суть мітохондрій-загадкових органел, що грають ключову роль в житті еукаріотичних клітин. Цей прорив, опублікований у престижному журналіCell, обіцяє кардинально змінити наше розуміння функцій мітохондрій, а також відкрити нові горизонти в лікуванні мітохондріальних захворювань.
Що таке мітохондрії і чому вони такі важливі?
Уявіть собі крихітні електростанції, що працюють всередині кожної клітини вашого тіла. Це і є мітохондрії. Ці органели, що зустрічаються майже у всіх клітинах тварин, рослин і грибів, відомі як “клітинні акумулятори”, оскільки вони відповідають за виробництво енергії у формі аденозинтрифосфату (АТФ) – “палива”, необхідного для підтримки життєдіяльності клітини. Однак, як з’ясувалося, мітохондрії – це набагато більше, ніж просто енергетичні фабрики.
Унікальне положення мітохондрій в царстві клітин обумовлено їх дивовижною історією. Вважається, що мільйони років тому вони були незалежними бактеріальними клітинами, які вступили в симбіотичні стосунки з більшими еукаріотичними клітинами. В результаті цього союзу мітохондрії отримали власну ДНК, яка успадковується виключно по материнській лінії. Це робить їх єдиними клітинними компонентами, які мають власну генетичну пам’ять.
Новий метод: примусова мітофагія-підказка
Традиційні методи вивчення мітохондрій були обмежені у своїй здатності досліджувати їх функції в ізольованому вигляді. Команда докторів Джун Ву та Даніеля Шміца запропонувала інноваційне рішення: метод, заснований намітофагії– природному процесі, за допомогою якого клітини видаляють пошкоджені або старіючі мітохондрії. Вони розробили генетичну “конструкцію”, яка буквально змушує клітини знищувати всі свої мітохондрії-процес, який отримав назвупримусової мітофагії.
Проривні результати: життя без мітохондрій?
Використовуючи цей метод на людських стовбурових клітинах, вчені виявили вражаюче відкриття: клітини, повністю позбавлені мітохондрій, залишалися життєздатними протягом декількох днів! Це стало справжньою сенсацією, оскільки мітохондрії завжди вважалися абсолютно необхідними для життя клітини. Дивно, але клітини виявляли дивовижну адаптивність, активуючи інші гени і перекладаючи деякі функції мітохондрій на інші клітинні компоненти.
Складені клітини: порівняльний аналіз генетичної спадщини
Щоб краще зрозуміти складну взаємозв’язок між мітохондріями і ядром клітини, вчені створили “складені клітини“, об’єднавши стовбурові клітини людини і близьких родичів – шимпанзе, бонобо, горили і орангутанга. Ці гібридні клітини містили два ядерних генома і дві групи мітохондрій: одну від людини, іншу – від іншого виду приматів. Подальший аналіз показав, що клітини вибірково знищували мітохондрії, які не відповідають генетичному профілю людини, залишаючи лише власні мітохондрії. Це підтверджує дивовижну взаємозамінність мітохондрій навіть між видами, розділеними мільйонами років еволюції.
Мітохондрії та мозок: Ключ до розуміння еволюції?
Особливу увагу вчених привернули гени, активність яких змінювалася в залежності від виду мітохондрій. Багато з них виявилися пов’язаними з розвитком мозку або неврологічними захворюваннями. Це свідчить про те, що мітохондрії можуть відігравати ключову роль у відмінностях між мозком людини та мозком наших найближчих родичів-приматів. Однак для підтвердження цієї гіпотези потрібні подальші дослідження, особливо з використанням нейронів, отриманих з цих складових клітин.
Вплив на розвиток цілого організму: експеримент на мишах
Завершальним етапом дослідження стала оцінка впливу виснаження мітохондрій на розвиток цілого організму. Вчені використовували генетично запрограмовану примусову мітофагію для зменшення кількості мітохондрій у ембріонах мишей, які потім імплантували сурогатним матерям. Результати виявилися обнадійливими: ембріони, у яких бракувало близько третини мітохондрій, демонстрували лише невелику затримку в розвитку, яка згодом повністю компенсувалася.
Перспективи та майбутнє досліджень
Відкриття, зроблене командою докторів Ву і Шміца, відкриває нові горизонти у вивченні мітохондрій і їх ролі в житті клітини, розвитку тканин, старінні і еволюції видів. Використання примусової мітофагії надалі дозволить глибше проникнути в таємниці цих життєво важливих органел і, можливо, розробити нові методи лікування мітохондріальних захворювань. Це дійсно важливий крок на шляху до розуміння фундаментальних механізмів життя!
Довідка:” розкриття впливу мітохондрій на плюрипотентність ссавців за допомогою примусової мітофагії”, Даніель а.Шміц, Сейя Оура, Лейджі Лі, і Дін, Рашмі Дахія, Емілі Баллард, Карлос Пінзон-Артеага, Масахіро Сакурай, Дайджі Окамура, Лекіан Ю, Пітер Лі та Джун Ву, 10 червня 2025 р., Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2025.05.020
