Могут ли наши митохондрии помочь победить затяжной Covid?

Могут ли наши митохондрии помочь победить затяжной Covid? Новости

АВ отделе митохондриальной биологии MRC Кембриджского университета Михал Минчук является одним из растущего числа ученых во всем мире, стремящихся найти новые способы улучшения здоровья митохондрий. Это направление исследований может помочь предоставить столь необходимое лечение людям с длительным Cov, а также революционизировать наше понимание всего, от нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона, до процесса старения.

Митохондрии, крошечные трубчатые структуры, которые обнаруживаются сотнями, а иногда и тысячами почти во всех наших клетках, наиболее известны как электростанции организма, непрерывно преобразующие пищу, которую мы едим, в АТФ, сложное химическое вещество, которое действует как форма энергетической валюты для клеток. Без АТФ каждой из наших клеток, от мозга до мышц, не хватило бы топлива, необходимого им для продолжения работы, и наши органы быстро остановились бы.

Одна из сложностей митохондрий заключается в том, что у них есть собственная ДНК, отдельная от ДНК, хранящейся в ядрах наших клеток.

Но хотя митохондрии часто называют энергетическими фабриками, ученые неоднократно обнаруживали, что они делают гораздо больше, чем просто производят АТФ. Во-первых, они могут помочь нам согреться, когда нам холодно, благодаря альтернативной форме выработки тепла вместо дрожи, и исследования показали, что митохондрии в глазу даже играют роль в фокусировке света на сетчатке, помогая нам воспринимать окружающую среду..

На самом деле, чем больше мы смотрим, тем больше мы обнаруживаем, что они вносят вклад во многие строительные блоки жизни, которые поддерживают наше здоровье, от синтеза белка гемоглобина, который переносит кислород в кровотоке, до хранения кальция и даже реакции иммунной системы.. В то время как митохондрии поддерживают наши клетки, они также играют решающую роль в естественном процессе гибели клеток, который происходит снова и снова на протяжении всей нашей жизни, выявляя старые и поврежденные клетки, которые необходимо очистить и уничтожить.

Проще говоря, они жизненно важны для нашего выживания, но, как и многие врожденные механизмы организма, мы замечаем их только тогда, когда они начинают работать неправильно. «Митохондрии участвуют во многих процессах, поэтому, когда они плохо функционируют, это может спровоцировать различные типы дисфункции в организме человека, ведущие к болезни», — говорит Минчук.

Одна из уникальных сложностей митохондрий заключается в том, что у них есть собственная ДНК, отдельная от ДНК, хранящейся в ядрах наших клеток, которая исходит от обоих родителей. Митохондриальная ДНК (мтДНК) передается только от матери и состоит из менее чем 17 000 пар оснований по сравнению с 3,3 млрд в ядре. Но он по-прежнему кодирует определенные инструкции для ряда белков, и за последнее десятилетие ученые обнаружили, что мутации в мтДНК, препятствующие нормальному функционированию митохондрий, могут влиять на наше здоровье, способствуя различным хроническим заболеваниям.

Наиболее тяжелыми случаями являются так называемые митохондриальные заболевания, при которых мутации в мтДНК приобретаются генетически. Они затрагивают примерно одного из 4300 человек, и их последствия очень серьезные. Ожидаемая продолжительность жизни большинства пациентов составляет от 10 до 35 лет, при этом большинство из них умирают от общего истощения организма из-за повреждения головного мозга или мышц или поражения таких органов, как сердце и почки. Но исследования также показали, что мутации могут накапливаться в мтДНК с возрастом, и исследовательская группа Минчука из отдела митохондриальной биологии MRC Кембриджского университета особенно интересуется той ролью, которую это может играть в развитии болезни Паркинсона.

Читайте также:  Женщины с генами эндометриоза имеют более высокий риск рака яичников

Считается, что у некоторых пациентов с болезнью Паркинсона есть генетические мутации, которые препятствуют уничтожению поврежденных митохондрий и замене их здоровыми версиями — процесс, называемый аутофагией. В результате существующие митохондрии в организме накапливают все больше и больше мутаций с разрушительными последствиями для клеток, таких как нейроны, которые в значительной степени зависят от поставляемой ими энергии.

Но появление новых методов редактирования генов может предложить новые решения для лечения в ближайшие годы, сначала для митохондриальных заболеваний, но, возможно, и для других болезней. Это было проблемой, потому что технология Crispr, которая использует фрагмент РНК для направления фермента в определенное место ДНК, где он вырезает мутацию, не может использоваться для настройки митохондрий, поскольку невозможно доставить РНК в мтДНК.

Однако за последние несколько лет ученые, в том числе Минчук, разработали ферменты, которые могут достигать того же эффекта, что и Crispr, без использования РНК. Хотя исследования на грызунах все еще проводятся, это открывает огромный потенциал в будущем.

«Мы постепенно собираем инструменты, чтобы модифицировать митохондриальный геном в клетках животных», — говорит Минчук. «Прямо сейчас мы могли бы устранить существующие мутации, изменив генетический состав митохондрий, но мы также хотим иметь возможность запускать новые мутации. Это позволило бы нам более подробно изучить болезнь Паркинсона. Например, мы могли бы взять здоровую мышь и ввести мутации, наблюдаемые у пациентов с болезнью Паркинсона, и посмотреть, что произойдет. Не вызовет ли это появление симптомов?»

Лечение длительного Cov

В то время как взлом митохондриального генома может изменить здравоохранение в ближайшие годы, поиск более непосредственных способов улучшения здоровья митохондрий может помочь миллионам людей с длительным Cov и синдромом хронической усталости, также известным как ME/CFS.

В Оксфордском университете кардиолог Бетти Раман в настоящее время проводит клинические испытания, чтобы выяснить, может ли аминокислотный коктейль, известный как AXA1125, производимый биотехнологической компанией Axcella Therapeutics из Массачусетса, помочь длительным пациентам с Cov, у которых усталость является доминирующим симптомом..

«Препарат представляет собой порошкообразный напиток, который употребляют три раза в день вместе с едой, и мы надеемся, что он поможет людям снизить уровень энергии и усталость», — говорит она. «Идея состоит в том, что это может дать митохондриям дополнительное топливо для производства энергии и помочь восстановить поврежденные митохондрии. Надеюсь, к концу июля у нас будут первые результаты, о которых можно будет сообщить».

Идея о том, что митохондрии могут быть причастны к заболеваниям некоторых из тех, у кого длительный Cov, возникла в результате исследования, проведенного Раманом и другими на пациентах, которые обнаруживают, что хронически истощены физическими упражнениями после Cov-19, несмотря на отсутствие явных аномалий сердца или легких. Этот симптом часто называют постнагрузочным недомоганием (PEM), и его также испытывают люди с генетическими митохондриальными заболеваниями.

Раман обнаружил, что у длительно больных Cov с БЭН их мышцы борются за извлечение кислорода из крови так эффективно, как можно было бы ожидать. Наткнувшись на исследования, которые показали, что митохондрии в белых кровяных тельцах не так эффективны в выработке АТФ у пациентов, выздоравливающих от Cov-19, она пришла к выводу, что это может быть основной причиной.

Читайте также:  Разыскивается: мужественный, но нежный помощник для первого в мире клонированного черноногого хорька

Но почему митохондрии этих пациентов становятся вялыми в выработке АТФ? Дэвид Систром, врач-пульмонолог и реаниматолог из Brigham & Women’s Hospital в Бостоне, считает, что нашел ответы, изучая пациентов с ME/CFS, болезнью, которая во многих случаях провоцируется вирусными инфекциями, такими как Эпштейн-Барр, и имеет много общего. к долгому Ковиду.

Когда Систром изучал митохондриальную ДНК этих пациентов, она казалась нормальной, но после тщательного изучения и проведения биопсии мышц он выявил аномалии на электронном уровне глубоко внутри митохондрий.

«Как при ME/CFS, так и при длительном Cov наиболее вероятно, что это приобретенные формы митохондриальной дисфункции, возможно, связанные с самой начальной инфекцией или аутоиммунной реакцией на вирус, или с тем и другим», — говорит Систром. «Это препятствует работе митохондриального механизма, но не влияет на саму ДНК, и это означает, что митохондрии не могут генерировать достаточное количество АТФ для удовлетворения потребностей мышц».

В настоящее время Систром проводит собственное клиническое исследование как у пациентов с ME / CFS, так и у пациентов с длительным течением Cov в сотрудничестве с японской фармацевтической компанией Astellas, которая разработала препарат, направленный на восстановление нормального митохондриального метаболизма.

И Раман, и Систром согласны с тем, что митохондриальная дисфункция, вероятно, является фактором только в подмножестве длительных пациентов с Cov и ME/CFS. Однако, поскольку митохондрии настолько распространены по всему телу, повреждение этих структур в различных типах органов может способствовать широкому спектру различных симптомов, о которых обычно сообщают пациенты.

Распространенным заболеванием, о котором сообщают люди с длительным Cov и ME / CFS, является дизавтономия, своеобразное состояние, которое вызывает быстрое учащение сердцебиения и головокружение, когда пациенты пытаются выполнять какие-либо действия. Раман говорит, что это часто вызвано повреждением мелких чувствительных нервов в коже, что связано с митохондриальной дисфункцией.

«Есть теория, что митохондриальная проблема может возникнуть первой», — говорит она. «А поскольку нервы являются высокоэнергетическими тканями, они особенно зависят от нормальной функции митохондрий и производства АТФ».

Учимся у элитных спортсменов

Разные типы клеток имеют разное количество митохондрий из-за различной потребности в энергии от одного органа к другому. Органы с особенно высокими энергетическими потребностями, такие как мозг, сердце и поджелудочная железа, как правило, имеют больше, поэтому дисфункциональные митохондрии связаны со всем, от рака до диабета 2 типа и сердечно — сосудистых заболеваний.

Читайте также:  Новый Южный Уэльс объявляет о новом расследовании осуждения Кэтлин Фолбигг за смерть ее детей

Хотя митохондрии не являются основным движущим фактором ни в одном из этих заболеваний, считается, что они являются ключевым вторичным фактором. «Считается, что большая часть сердечной недостаточности или сердечной дисфункции опосредована митохондриальной дисфункцией, затрагивающей сердце», — говорит Раман. «Существует большой метаболический компонент, и это связано с тем фактом, что сердце в значительной степени зависит от непрерывного снабжения кислородом, а также с тем, что митохондрии являются чувствительными структурами и могут быть подвержены влиянию ряда факторов риска».

Когда вы переходите на клеточный уровень, между физическими упражнениями и болезнью обнаруживается удивительное совпадение, по крайней мере, в мышцах.

Крис Перри

В результате, если митохондриальные препараты окажутся эффективными при длительном Cov и ME / CFS, они могут найти применение при других заболеваниях, а редактирование митохондриальной ДНК для понимания эффектов различных мутаций может пролить дополнительный свет на то, как процесс старения проявляется в наших клетках.

Ученые также используют еще несколько нестандартных подходов к поиску способов улучшения здоровья митохондрий. Крис Перри из Йоркского университета в Торонто изучает, что мы можем узнать из митохондрий элитных спортсменов, чтобы помочь людям с мышечными заболеваниями и даже с возрастной саркопенией.

В качестве примера Перри указывает, что у бегунов на выносливость имеется большое количество сверхэффективных митохондрий, которые сливаются, образуя обширные сети по всей их мышечной ткани, чтобы справляться со стрессами при длительных упражнениях. Понимание путей, которые запускают митохондрии для адаптации таким образом, может привести к терапевтическим средствам, помогающим людям с различными заболеваниями или сохраняющим наше здоровье в пожилом возрасте. Это уже происходит в клинических испытаниях, которые показали, что пищевая добавка уролитин А улучшает здоровье митохондрий у пожилых людей.

«Когда вы переходите на клеточный уровень, между физическими упражнениями и болезнью обнаруживается удивительное совпадение, по крайней мере, в мышцах», — говорит Перри. «Упражнения создают огромные клеточные стрессоры. Он истощает запасы АТФ, вызывает физическую нагрузку на клеточные мембраны цитоскелета и закисляет мышечные клетки, что и происходит при некоторых заболеваниях».

Исследования также показали, что физические упражнения сами по себе могут улучшить здоровье митохондрий у пожилых людей, ведущих малоподвижный образ жизни, заставляя белки в митохондриях группироваться вместе таким образом, чтобы они могли более эффективно передавать электроны.

«Основа жизни — адаптация, — говорит Перри. «И вот почему упражнения полезны для нас, потому что они подвергают наши клетки различным стрессовым факторам, которые запускают эти специальные пути клеточной обратной связи, чтобы начать действовать и регулировать ситуацию. Поэтому, когда мы снова тренируемся, с этим справляются более эффективно. Вы медленно развиваете эти способности в результате этого стресса».

Оригинальный источник статьи:
https://www.theguardian.com/science/2022/jun/26/can-our-mitochondria-help-to-beat-long-covid
Оцените статью
Генетика и медицина
Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.