- Митохондрии и старение
- Низкая кислотность вакуолей повреждает митохондрии
- Значение и перспективы данного исследования
Экспериментируя на дрожжах, двое ученых из США впервые выявили основные процессы, происходящие на ранней стадии старения клеток, которые могут объяснить, как гены и факторы окружающей среды, а также образ жизни и диеты, взаимодействуя, влияют на старение, такие возрастные заболевания, как рак, и продолжительность жизни.
Они были удивлены, обнаружив, что механизм, который клетки используют для хранения питательных веществ, может иметь значение.
Даниэль Готшилинг и Адам Хьюз из Онкологического Центра Фреда Хатчинсона в Сиэтле, Вашингтон, написали о своих открытиях в онлайн-выпуске журнала Nature.
Готшилинг поясняет, почему эти открытия имеют большое значение: «В последнее время распространяется много информации о том, как наше питание влияет на процесс старения, но разнообразие этой информации сбивает с толку». «Теперь мы владеем совокупностью научных достижений для того, чтобы понять, как генетика и окружающая среда взаимодействуют между собой, чтобы влиять на возрастные изменения и старение. Это вопрос, который меня сейчас больше всего занимает», - добавляет он.
Митохондрии и старение
Готшилинг и Хьюз, постдокторант его лаборатории, намереваются исследовать, как происходит возрастное изнашивание в митохондриях, крошечных электростанциях в клетках, которые они снабжают энергией.
Вот как Готшилинг, который также является преподавателем отделения геномики университета Вашингтона, объясняет это: «Обычно митохондрии представляют собой длинные трубки, которые при старении становятся фрагментированными и короткими». «Изменения в форме, которые имеют место в стареющих клетках дрожжей, также наблюдаются в определенных клетках человека, например, нейронах и клетках поджелудочной железы и связаны со многими возрастными болезнями у людей», - добавляет он.
Низкая кислотность вакуолей повреждает митохондрии
Причина, по которой митохондрии деформируются и перестают работать должным образом, до сих пор была своего рода тайной, но Готшилинг и Хьюз обнаружили, что причиной этому могут быть определенные изменения в вакуолях.
Вакуоли являются крошечными «карманами» в клетках дрожжей, растениях и других организмах, которые помогают расщеплять белки и хранить молекулярные строительные блоки и питательные вещества для клетки. Эквивалентом вакуоли в клетках человека является лизосома. Одной из специфических особенностей вакуолей, которая, определённо имеет отношение к старению и работе митохондрий, является кислотность.
Исследователи обнаружили, что вакуоли становятся менее кислыми довольно рано в течение жизненного цикла дрожжевой клетки. И когда кислотность понижается, она тормозит способность вакуолей сохранять определенные питательные вещества. Это разрушает энергоснабжение митохондрий, которые в свою очередь начинают разлагаться.
Хьюз проверил этот эффект: когда он препятствовал снижению кислотности вакуолей, митохондрии не деформировались, а дрожжевые клетки жили дольше.
«Мы были удивлены, когда обнаружили, что, вероятнее всего, функция хранения, а не разложение белков, вызывает митохондриальную дисфункцию в стареющих дрожжевых клетках», - говорит Хьюз.
Это удивительное открытие побудило исследователей изучить эффект ограничения калорий, от которого, как известно, зависит продолжительность жизни дрожжевых клеток, червей, мух и млекопитающих.
Они обнаружили, что ограничение калорий или поставки сырья, в котором нуждаются клетки, вероятнее всего задерживает старение, по крайней мере частично, повышая кислотность вакуоли.
Хьюз говорит, что теперь, когда они, основываясь на экспериментах на клетках дрожжей, нашли доказательства того, как ограничение калорий, по всей видимости, увеличивает продолжительность жизни, они надеются проверить полученные знания на людях и других более высоких организмах.
Являясь принципиально разными организмами, с точки зрения фундаментальной биологии их клеток, а именно потребления, хранения и использования питательных веществ, дрожжевые и человеческие клетки удивительно похожи.
Значение и перспективы данного исследования
Размышляя над результатами, Готшилинг и Хьюз предполагают, что эффект снижения кислотности в вакуолях уменьшил их способность к хранению питательных веществ и метаболитов (побочных продуктов от разложения белков), таким образом, они растут в клетке дрожжей и наполняют митохондрии.
Исследователи полагают, что это заставляет митохондрии использовать все больше своей энергии, «сжигая» свои двигатели. В конечном итоге они не обладают достаточной энергией в запасе для ввода белков, требуемых для сохранения формы и нормальной работы.
Исследователи надеются найти подтверждение своим открытиям, а также узнать, что вызывает понижение кислотности вакуоли. Этот последний вопрос особенно интересен, потому что, несмотря на то, что кислотность снижается в материнских клетках дрожжей по мере старения, в новорожденных дочерних клетках уровень кислотности является нормальным, независимо от того, какого возраста были материнские клетки.
