Мышечная слабость – частый симптом как у длительных алкоголиков, так и у пациентов с митохондриальными заболеваниями. Теперь исследователи обнаружили общую связь: митохондрии, неспособные к самовосстановлению. Результаты будут опубликованы онлайн 21 апреля в The Journal of Cell Biology. Ссылка на самовосстановление предоставляет исследователям как новый способ диагностики митохондриальных заболеваний, так и новую лекарственную мишень.
Митохондрии – органеллы, которые производят энергию, необходимую для мышц, мозга и всех других клеток в теле, – восстанавливают свои сломанные компоненты путем слияния с другими митохондриями и обмена их содержимым. Поврежденные части отделяются для переработки и заменяются правильно функционирующими белками, полученными из здоровых митохондрий.
Хотя слияние является одним из основных методов контроля качества митохондрий во многих типах клеток, исследователи ломают голову над механизмом восстановления в скелетных мышцах – типе ткани, которая постоянно зависит от митохондрий в качестве источника энергии, что делает восстановление частой необходимостью. Однако митохондрии настолько плотно зажаты между упакованными волокнами мышечных клеток, что большинство исследователей полагали, что слияние митохондрий в тканях этого типа невозможно.
Намек на то, что слияние может иметь важное значение для нормальной функции мышц, появилось в результате исследований двух митохондриальных заболеваний: болезни аутосомно-доминантной оптической атропии (ADOA) и разновидности болезни Шарко-Мари-Тута (CMT). Симптомом обоих заболеваний является мышечная слабость, и пациенты с обоими этими заболеваниями несут мутацию в одном из трех генов, участвующих в слиянии митохондрий.
Чтобы исследовать, действительно ли митохондрии в мышцах могут сливаться для регенерации, первый автор Вероника Эйснер, доктор философии.D., докторант из Университета Томаса Джефферсона создал систему, позволяющую пометить митохондрии в скелетных мышцах крыс двумя разными цветами, а затем посмотреть, смешались ли они. Во-первых, она создала модель крысы, митохондрии которой всегда имели красный цвет. Она также генетически модифицировала митохондрии в клетках, чтобы они становились зелеными при воздействии лазера, создавая квадраты из зеленых митохондрий на красном фоне. К ее удивлению, зеленые митохондрии не только смешались с красными, обмениваясь содержимым, но также смогли путешествовать в другие области, где были только митохондрии красного цвета. Результаты были захватывающими, поскольку они показали "впервые происходит слияние митохондрий в мышечных клетках," говорит доктор. Эйснер.
Команда исследователей во главе с доктором. Дьердь Хайноцкий, М.D., Ph.D., Директор Центра MitoCare Джефферсона и профессор кафедры патологии и анатомии & Затем клеточная биология показала, что из слитых белков митофузина (Mfn) Mfn1 является наиболее важным в клетках скелетных мышц.
Как только они идентифицировали Mfn1, они смогли проверить, является ли митохондриальное слияние виновником других примеров мышечной слабости, таких как алкоголизм. Один из долговременных симптомов алкоголизма – потеря мышечной силы. Исследователи показали, что содержание Mfn1 снизилось на 50 процентов у крыс, соблюдающих обычную алкогольную диету, в то время как другие слитые белки остались неизменными, и что это снижение сопровождалось значительным снижением слияния митохондрий. Когда Mfn1 был восстановлен, произошло слияние митохондрий. Они также связали снижение Mfn1 и митохондриального слияния с повышенной мышечной усталостью.
"Тот факт, что алкоголь может оказывать специфическое влияние на этот единственный ген, участвующий в слиянии митохондрий, предполагает, что другие факторы окружающей среды также могут специфически влиять на слияние и восстановление митохондрий," говорит доктор. Хайночки.
"Работа предоставляет больше доказательств в поддержку концепции о том, что деление и слияние – или митохондриальная динамика – могут быть ответственны за нечто большее, чем просто подмножество известных нам митохондриальных заболеваний," говорит доктор. Хайночки. "Кроме того, знание белков, участвующих в этом процессе, дает нам возможность разработать лекарство."