"Клеточные батарейки" - митохондрии иногда выбрасывают ДНК в окружающую среду, что может способствовать воспалению при старении.
Исследование, результаты которого были опубликованы 24 сентября в журнале Nature, показало, почему это происходит: митохондрии выбрасывают «испорченную» ДНК. Ученые обнаружили, что в клетках стареющих мышей с воспалением почек нити митохондриальной ДНК (мтДНК) содержали избыток определенных типов нуклеотидов - молекулярных строительных блоков, - которые могут нанести вред ДНК. Этот избыток побудил митохондрии выбросить аномальные фрагменты генетического кода в цитозоль - жидкость, заполняющую клетку, где свободно блуждающая мтДНК запустила ключевые воспалительные механизмы, ассоциированные со старением.
По мнению Тимоти Шатта, медицинского генетика из Университета Калгари (Канада), специализирующегося на изучении митохондрий, это исследование очень интересно, поскольку помогает объяснить, почему и как митохондрии выбрасывают свою ДНК. Это открытие может помочь исследователям лучше понять вклад митохондрий в развитие хронического воспаления, которое возникает у людей с возрастом, добавляет Шатт.
Митохондрии - это органеллы, вырабатывающие энергию и обладающие собственным геномом. Когда мтДНК повреждена или нарушена, митохондрии выбрасывают ее, отправляя в цитозоль. Это может произойти, когда относительный уровень определенных нуклеотидов в мтДНК становится слишком высоким или низким. Эта проблема переизбытка может быть вызвана некоторыми лекарственными препаратами, а также, по-видимому, происходит в стареющих клетках. Но как именно этот нуклеотидный дисбаланс приводит к высвобождению мтДНК и воспалению, было неясно, говорит соавтор исследования Томас Лангер, клеточный биолог из Института биологии старения Макса Планка (Германия).
Чтобы выяснить это, Лангер и его коллеги обратились к мышам, в организме которых отсутствовал фермент под названием MGME1. С возрастом у таких мышей обычно воспаляются почки, что делает их полезными моделями для изучения воспаления. MGME1 обеспечивает создание точных копий митохондриального генома, но связь между его потерей и воспалением была неясна. Исследователи обнаружили свободные фрагменты мтДНК в клетках почек мышей с недостатком фермента, но не в контрольной группе. Свободные фрагменты генетического материала связывались с ферментом, который, как известно, способствует воспалению в старых тканях, и запускали его. Это подтвердило, что свободно дрейфующая мтДНК является ключевым фактором воспаления при отсутствии MGME1.
Но что побудило митохондрии выбрасывать мтДНК оставалось неясным. При ближайшем рассмотрении клетки почек модифицированных мышей показали, что в них содержится относительно мало строительных блоков ДНК, называемых дезоксирибонуклеотидами. Этот недостаток вынуждал митохондриальную ДНК включать необычно большое количество строительных блоков РНК при создании своих копий. Избыток «неправильных» нуклеотидов мешает репликации ДНК и отсутствие MGME1, вероятно, еще больше усугубляет этот процесс, поясняет Лангер. Это может объяснить, почему органеллы изгоняют мтДНК в цитозоль, вызывая воспаление.
Полученные результаты помогают ответить на давний вопрос о том, почему мтДНК выходит из митохондрий и вызывает воспаление, отмечает Дэвид Синклер, генетик из Гарвардского университета. Однако необходимо провести дополнительную работу, чтобы определить, происходит ли этот процесс естественным образом во время старения или только при определенных условиях. «Главный вопрос - имеет ли этот процесс отношение к нормальной физиологии?» - говорит Синклер. Следующий шаг Лангера и его коллег - лучше понять, каким образом отбракованная мтДНК способствует клеточному старению и воспалению. «Это, безусловно, открытый вопрос», - отмечает Лангер.
