Митохондрии регулируют клеточную сигнализацию для правильного развития лёгких

Исследователи Northwestern Medicine обнаружили, что митохондрии регулируют важнейшую клеточную сигнализацию для развития эпителиальных клеток в лёгких. Эти клетки критически важны для газообмена (кислорода и углекислого газа), и их нарушение ведёт к дыхательной недостаточности. Результаты опубликованы в Nature.

Митохондрии известны как клеточные «электростанции», производящие АТФ — источник энергии для клеток. Ранее считалось, что дисфункция митохондрий вызывает болезни исключительно из-за снижения выработки энергии.

Однако новое исследование показывает, что функции митохондрий выходят за рамки производства АТФ. Они также контролируют клеточную судьбу альвеолярных эпителиальных клеток 2 типа, которые частично выполняют роль стволовых клеток и регулируют газообмен в лёгких.

Ход исследования:

• Учёные использовали генетические методы нокаута, чтобы удалить субъединицу комплекса I митохондриальной дыхательной цепи (Ndufs2) в эпителиальных клетках лёгких у мышей на стадии гестации.
• С помощью секвенирования РНК единичных клеток команда обнаружила, что митохондрии задействуют интегрированный стрессовый ответ (integrated stress response, ISR) — клеточную функцию, активируемую для преодоления метаболического стресса или протеотоксичности (накопления неправильно свёрнутых белков).

Результаты:

• При дисфункции митохондрий активация ISR усиливалась и подавляла дифференцировку альвеолярных эпителиальных клеток у постнатальных мышей, что в итоге приводило к дыхательной недостаточности.
• Интересно, что клетки с нефункциональными митохондриями не погибали, а оставались в состоянии «замороженной» дифференцировки. Это состояние часто наблюдается при различных лёгочных заболеваниях.

Значение и перспективы:

Как отметил старший автор исследования Навдип Чандел, эта работа наглядно демонстрирует принцип, что митохондрии не только производят АТФ, но и генерируют сигналы (включая метаболиты) для контроля физиологии, а нарушение этих сигналов ведёт к болезни.

Ведущий автор СёнХе Хан сообщил, что сейчас команда изучает возможность нарушения митохондриальной ISR-сигнализации во время восстановления лёгких после повреждения, что может лежать в основе таких заболеваний, как лёгочный фиброз или затяжная вирусная пневмония. Это открытие может указать новые пути для лечения, нацеленного на митохондриально-зависимую ISR-сигнализацию.