Открытие гена у плодовых мух может помочь в поиске новых методов лечения митохондриальных болезней

Ученые идентифицировали у плодовых мух белок, на который можно воздействовать, чтобы обратить вспять эффекты болезнетворных мутаций в митохондриальных генах. Это открытие может дать подсказки о том, как противодействовать митохондриальным заболеваниям человека, для которых в настоящее время нет лекарства.

Митохондрии, энергетические станции клетки, имеют собственную ДНК (мтДНК), кодирующую 13 белков, необходимых для производства энергии. В отличие от ядерной ДНК, мтДНК наследуется исключительно от матери. Типичная клетка содержит сотни или тысячи копий мтДНК. В процессе развития и старения в некоторых копиях могут возникать мутации, что приводит к смеси мутантных и здоровых митохондриальных геномов, конкурирующих друг с другом.

Когда доля вредных мутаций превышает 60–80% всех копий мтДНК в клетке, энергии становится недостаточно для нормальной клеточной активности, и появляются симптомы болезни. На сегодня известно более 350 мутаций в мтДНК, вызывающих спектр митохондриальных заболеваний, которые поражают как минимум 1 из 5000 человек в Великобритании. Некоторые из этих состояний смертельны, и в настоящее время нет методов их излечения.

Исследователи из Института Гёрдона (Кембридж) создали модель на плодовых мушках, чтобы изучить, как меняется доля мутантной мтДНК со временем. Они создали «мух с тремя родителями», которые наследуют часть своей мтДНК от второй матери. Эти мухи несут два конкурирующих митохондриальных генома — здоровый и мутантный. Изменение в ядерной ДНК может нарушить баланс в пользу одного из них.

Используя этих мух в «генетическом скрининге», ученые смогли измерить влияние каждого отдельного ядерного гена на конкуренцию между здоровым и больным митохондриальными геномами.

Исследование выявило несколько ядерных генов, которые могут ограничивать передачу вредного митохондриального генома во время развития или следующему поколению. Один из этих генов кодирует белок мтДНК-полимеразу. Уменьшение количества этой полимеразы увеличивает процент здоровой мтДНК с 20% до 75% всего за одно поколение. Этот рост устранил симптомы болезни, и новые мухи стали намного здоровее.

Эта модель, использующая мух с тремя родителями, помогает понять, почему мутантная мтДНК может вызывать проблемы разной степени тяжести у разных людей и в разных тканях тела. Новые результаты показывают, что снижение активности ядерного гена может почти полностью устранить вредные мутации мтДНК и потенциально использоваться для обращения вспять симптомов митохондриальной болезни. Это может стать мишенью для лекарств, лечащих заболевания, связанные с мтДНК.

«Чтобы добиться такого драматического изменения в доле здоровой митохондриальной ДНК, мы не меняем ядерную ДНК индивидуума, — говорит ведущий автор доктор Ханьсон Ма. — Все, что мы делаем, — это уменьшаем количество производимых определенных белков. Этого можно достичь с помощью лекарств. Наши плодовые мушки помогут нам быстро тестировать потенциальные лекарственные соединения».

Исследование опубликовано в журнале Current Biology.