Какую роль в нашей жизни играют митохондрии, и что только что обнаружили ученые
Митохондрия когда-то была бактерией, но примерно 2 500 миллионов лет назад ее проглотил предок эукариотической (то есть содержащей ядро) клетки, и с тех пор они живут с нами. Точнее — в нас. Так гласит теория симбиогенеза. Ее подтверждают многие особенности строения митохондрий: например, у них две мембраны разного состава (снаружи — клеточная, а под ней еще одна — бактериальная). А если забраться под них, то внутри можно найти характерные для бактерий рибосомы (они меньше, чем эукариотические) и свернутую в кольцо ДНК. Впрочем, никто не знает точно, как именно и зачем бактерия-будущая митохондрия оказалась внутри клетки. Возможно, такое сожительство было чем-то выгодно для обеих.
Недавно ученые взяли дрожжи (эукариот) и кишечную палочку (прокариот) и заставили первых проглотить вторую. Правда, для этого пришлось сделать так, чтобы они не могли выжить друг без друга. Бактерий лишили гена, отвечающего за производство витаминов, а дрожжам удалили митохондрии, чтобы они не могли получать энергию. Гибридные клетки, образовавшиеся после поглощения бактерий, были вполне жизнеспособны. Однако это лишь модель, и мы все еще не знаем, каким путем двигалась эволюция на самом деле.
Куда ты подевала гены?
За то время, что эукариотическая клетка и митохондрия живут вместе, они окончательно лишились своей автономности. И если без энергии, поставляемой митохондриями, клетка существовать может (хотя полностью безмитохондриальных эукариот все равно мало), то бывшая бактерия превратилась в полностью зависимое от хозяина существо. В геноме наших, человеческих митохондрий, осталось всего 37 генов, остальные же либо потерялись за ненадобностью, либо перекочевали в ядро. Как именно гены перемещались по клетке, точно никто не знает, мы можем только догадываться.
Не ты ли меня старишь?
Теорий старения люди успели придумать несколько сотен, из них множество так или иначе связаны с митохондриями. Одни полагают, что митохондрии изнашиваются с годами, поэтому клетки получают все меньше и меньше энергии. Другие, напротив, утверждают, что митохондрии в течение жизни работают слишком активно. При этом они потребляют слишком много кислорода, а он уже, в свою очередь, вызывает образование свободных радикалов и повреждения внутриклеточных молекул. Третьи же винят во всем апоптоз — мол, ее запускают белки из внутренней мембраны митохондрий. Этот способ умереть в нашу жизнь тоже привнесла предковая симбиотическая бактерия. У них есть собственные программы апоптоза и белки, похожие на наши. Со временем гены апоптоза переселились в наше ядро, а программа стала работать на уровне целой клетки.
Зачем тебе теломераза?
Теломераза — еще один белок, популярный среди исследователей старения. Ее основная функция — достраивать концы ДНК, которые укорачиваются при каждом делении клетки. У человека теломераза активна только в стволовых клетках, поэтому многие винят именно ее в том, что с возрастом ткани обновляются хуже. Однако не так давно теломеразу обнаружили и в митохондриях: причем не отдельные молекулы, а 20% всей теломеразы клетки. Что она там делает — большая загадка, ведь митохондриальная ДНК свернута в кольцо, концов не имеет и потому теломеразе там заняться, казалось бы, нечем. Тем не менее, под действием теломеразы митохондрии расходуют кислород экономнее и меньше повреждаются. А мыши, у которых теломеразы в митохондриях много, лучше восстанавливаются после инфаркта.
Уставший ребенок и отцовская митохондрия
До этого дня официально считалось, что митохондрии наследуются только по материнской линии. Это связано с тем, что при оплодотворении яйцеклетка превращается в зародыш целиком, вместе со всеми органеллами, а сперматозоид привносит только генетический материал и одну из центриолей (часть клеточного скелета, образующую полюс делящейся клетки). Вместе с митохондриями зародыш наследует и мутации в их ДНК — отсюда ряд генетических заболеваний, передающихся только от матери, например, синдром Лея (проявляющийся в основном в нервной системе) или диабет и глухота. Однако, стало известно несколько случаев наследования митохондрий от отца.
Все началось с ребенка, который попал в генетическую клинику с подозрением на митохондриальное заболевание. Он страдал хронической усталостью, слабостью и мышечными болями. Эти симптомы нередко указывают на то, что митохондрии в мышцах не производят достаточно энергии. Однако его мать ничего подобным не болела. В процессе секвенирования митохондриальной ДНК выяснилось, что в клетках ребенка одновременно живут два типа митохондрий, материнские и отцовские. Это явление называют гетероплазмией, и его удалось обнаружить еще в нескольких семьях.
Битва митохондрий
В каждой клетке человека митохондрий очень много. Их могут быть сотни и тысячи. Если они все генетически идентичны, то никакой конкуренции между ними нет. Но при оплодотворении какая-то часть из этих тысяч митохондрий сперматозоида все же оказывается внутри яйцеклетки. И здесь начинается настоящая битва. К сожалению, мы до сих пор не знаем, как именно материнским митохондриям человека удается одержать верх над отцовскими. У большинства живых организмов это тоже так, но победы куются разными способами. В одних клетках отцовские митохондрии поглощаются пищеварительными вакуолями, в других — разрушаются путем аутофагии.
Можно ли от тебя избавиться?
Митохондриальные генетические проблемы доставляют не меньше проблем, чем ядерные. Тем не менее, их мы уже почти научились чинить — с помощью технологии «ребенка от трех родителей»
