Механизм обнаружения кислорода в крови: ключевая роль митохондрий

Гипоксия (дефицит кислорода) — критический фактор, связанный с различными кардиопульмональными заболеваниями высокой заболеваемости и смертности. Каротидное тельце, расположенное в бифуркации сонной артерии, считается прототипическим органом для острого обнаружения кислорода.

Его активация при гипоксии вызывает гипервентиляцию и другие сердечно-сосудистые рефлексы, необходимые для адаптации к сниженному снабжению кислородом. Однако молекулярные основы этого процесса долгое время оставались неясными.

Ранее группа профессора Хосе Лопеса Барнео из Университета Севильи показала, что хеморецепторные клетки каротидного тельца (гломусные клетки) содержат специализированные митохондрии, которые во время гипоксии генерируют сигналы (включая активные формы кислорода [АФК]), регулирующие возбудимость клеток.

Исследование на генетически модифицированной мыши

В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, для завершения характеристики молекулярных механизмов использовали генетически модифицированную мышь. У этой мыши-нокаута в гломусных клетках был "выключен" митохондриальный комплекс III дыхательной цепи, что привело к функциональному разобщению между комплексами I и IV.

Хеморецепторные клетки выжили при дисфункции комплекса III, но у них произошла селективная отмена клеточного ответа на гипоксию. Ответы на другие стимулы (например, гипогликемию) сохранились. Соответственно, у мышей наблюдалось сильное торможение гипоксического вентиляционного ответа — частота дыхания была недостаточной для компенсации дефицита кислорода.

Эта плохая адаптация проявилась, когда мышей с дефицитом комплекса III подвергали устойчивой гипоксии в течение нескольких дней. У животных появились симптомы аномальной акклиматизации: чрезмерное увеличение гематокрита и гипертрофия сердца.

Выводы и перспективы

Результаты указывают, что для корректного острого обнаружения гипоксии в клетках каротидного тельца требуется функциональная дыхательная электрон-транспортная цепь, где интегрированное действие её компонентов делает возможным регуляцию дыхания кислородом.

Учитывая важность каротидного тельца в регуляции дыхания, исследователи подчеркивают, что митохондриальная электрон-транспортная цепь emerges as a potential therapeutic target для лекарственного лечения респираторной депрессии и заболеваний, в которые вовлечена гиперактивация каротидного тельца.