Исследование клеток выявило липид-опосредованную сеть биогенеза органелл

Исследователи из Института Телетон Кидс и Университета Западной Австралии разработали новый метод для изучения внутреннего устройства клеток с беспрецедентной детализацией. Он выявил сложную сеть взаимодействий, дающую новое понимание того, как клетки поддерживают здоровье.

По словам ведущего исследователя, профессора Александры Филиповски, полученные знания могут проложить путь к новым методам лечения ряда неизлечимых в настоящее время заболеваний, в частности, изнурительных митохондриальных болезней, которые поражают до 1 из 5000 детей, рожденных в Австралии.

Каждая клетка содержит внутренние "органы" — органеллы, которые выполняют специфические функции: митохондрии производят энергию, шероховатый эндоплазматический ретикулум создает и сворачивает белки, аппарат Гольджи обрабатывает белки и жиры, а пероксисомы разрушают ненужные клетке жиры.

Хотя было известно, что структура и функции органелл взаимозависимы для здоровья клетки, эти отношения до сих пор не были систематически изучены.

Чтобы понять, как их взаимодействия влияют на клеточное здоровье, команда использовала передовые методы клеточной биологии для трехмерной визуализации структуры и функции органелл.

В многолетнем исследовании, опубликованном в Nature Cell Biology, они применили мощную методику визуализации — сканирующую электронную микроскопию сфокусированным ионным пучком — для наблюдения за клетками, специально сконструированными с мутациями, повреждающими органеллы.

Исследование показало, что если одна из органелл не выполняет свою функцию, это может вызвать проблемы для всей клетки, что имеет значение для понимания и лечения болезней.

В частности, для правильной работы органеллы полагаются на определенные типы жиров (эфирные глицерофосфолипиды). Исследование обнаружило, что "выключение" определенных генов, связанных с этими жирами, вызывало проблемы в различных органеллах.

Эти генетические изменения привели к снижению уровня специфических жиров в клетках, что повлияло на структуру и функцию митохондрий — энергетических станций клетки.

Нарушенный липидный обмен также повлиял на коммуникацию и поведение разных органелл. В некоторых клетках, лишенных этих жиров, возникли проблемы в аппарате Гольджи, что привело к изменениям, затрагивающим общее здоровье клетки.

Исследование изучило потенциальные решения и обнаружило, что, предоставляя клеткам специфические строительные блоки для жиров, можно частично исправить эти проблемы.

Работа показала, что специфические липиды могут восстанавливать функцию энергетических станций клетки и улучшать их коммуникацию с остальной частью клетки. Это открытие имеет важное значение для лечения заболеваний, вызванных снижением энергоснабжения.

Результаты исследования могут значительно улучшить способность клиницистов диагностировать болезнь и проложить путь к терапии митохондриальных и других заболеваний, вызванных клеточными мутациями, для которых до сих пор не было эффективного лечения.

Работа будет расширена в полноценную исследовательскую программу. Используя грант Национального совета по здравоохранению и медицинским исследованиям, команда будет развивать полученные результаты, чтобы сократить длительный и сложный процесс диагностики митохондриальных болезней и разработать новые методы лечения.

О митохондриальной болезни

Митохондриальные болезни — чаще всего вызванные мутациями в митохондриальной ДНК, истощающими энергию в организме, — это прогрессирующие мультисистемные расстройства, поражающие до 1 из 5000 новорожденных. Лекарств от них не существует, доступные методы лечения очень ограничены, и пациенты в основном получают поддерживающую помощь.

Эти заболевания могут быть изнурительными и разрушительными, вызывая задержку роста, отказ мозга и нервной системы, потерю слуха, нарушения двигательных функций, дисфункцию печени и сердечную недостаточность, что требует постоянного медицинского ухода и может привести к преждевременной смерти. Митохондриальные болезни чаще всего поражают младенцев и детей.