Ген может "обойти" связанные с болезнями дефекты митохондрий, предполагает исследование на мухах
Исследователи смогли спасти мух от симптомов, подобных болезни Паркинсона, предоставив им ген, обычно присутствующий у других классов животных. Введённый ген защитил мух от двигательных дефектов и избытка свободных радикалов, производимых в митохондриях — клеточных компонентах, генерирующих энергию. Генная замена также защитила митохондрии здоровых мух и в значительной степени самих мух от повреждающего действия цианида и других токсинов. Результаты опубликованы в майском выпуске журнала Cell Metabolism.
Ключевой ген (односубъединичная альтернативная оксидаза или AOX) действует как обходной путь для блокировок в цитохромной цепи окислительного фосфорилирования (OXPHOS) в митохондриях. OXPHOS включает десятки компонентов и сотни белков. Ген AOX позволяет обойти две трети этой системы.
Дефекты митохондриального OXPHOS связаны с разнообразными и в основном трудноизлечимыми заболеваниями человека. Поэтому есть вероятность, что эта стратегия может оказаться полезной и для млекопитающих, включая людей, которые, как и членистоногие, в ходе эволюции также утратили ген AOX.
Большинство растений, животных и грибов обладают альтернативной митохондриальной дыхательной цепью, которая может обходить систему OXPHOS в определённых физиологических условиях. У растений AOX считается необходимым для поддержания энергетического баланса в дневных условиях. У грибов AOX связан с контролем долголетия и устойчивости к окислительному стрессу. Он также присутствует у многих животных, включая кольчатых червей, моллюсков и оболочников (подводной фильтрующей сестринской группы позвоночных), и, как полагают, обеспечивает устойчивость к окислительному стрессу.
В предыдущем исследовании команда проверила идею, что AOX может обходить последствия ингибирования OXPHOS в клетках человека. Они ввели ген, взятый из оболочника Ciona intestinalis. Белок, кодируемый геном AOX Ciona, попадал в митохондрии, где обеспечивал цианид-резистентное дыхание и защищал от метаболического ацидоза, окислительного стресса и гибели клеток при обработке ингибиторами OXPHOS, такими как антимицин или цианид.
Теперь они показали, что то же самое верно для живого организма. Повсеместная активность AOX Ciona не имела очевидных негативных последствий для мух. Напротив, митохондрии, взятые у мух, экспрессирующих AOX, показали значительную устойчивость к цианиду, а сами мухи частично сопротивлялись как цианиду, так и антимицину. AOX также устранил двигательный дефект и избыточное производство активных форм кислорода митохондриями у мух с мутантной версией гена dj-1b, который является аналогом гена болезни Паркинсона человека DJ1.
Исследователи пришли к выводу, что "AOX, по-видимому, обещает стать широкоспектральным терапевтическим инструментом при нарушениях OXPHOS". Следующим шагом будет проверить, будут ли результаты, полученные на мухах, справедливы и для млекопитающих. Есть надежда, что ген AOX когда-нибудь можно будет доставлять людям с помощью подходящей генотерапии.
"Дисфункция OXPHOS — это не просто проблема некоторых редких генетических расстройств или дегенеративных заболеваний", — отмечают учёные. Это проблема очень большого числа патологий и основная причина повреждения тканей после сердечного приступа и инсульта.
Почему же у нас изначально нет этого гена? Учёные предполагают, что ген делает производство энергии митохондриями менее эффективным в обычных обстоятельствах, что не идеально для быстрого бега при ловле добычи или избегании хищников. Но в современном мире, по мере увеличения продолжительности жизни, возможно, лучше избежать последствий инсульта, чем пробежать марафон.