Кратковременный стресс укрепляет клетки, повышая антиоксиданты и производство энергии

Исследование, проведенное учеными из Института Солка, показало, почему на клеточном уровне верно выражение «то, что нас не убивает, делает сильнее». Кратковременное воздействие стрессоров может быть полезным, заставляя клетку запускать устойчивое производство антиоксидантов — молекул, которые помогают избавиться от токсичных продуктов клеточного метаболизма.

Работа, опубликованная в журнале Cell Metabolism 16 августа 2018 года, также выявила, что краткосрочный стресс приводит к ремоделированию митохондрий — клеточных «электростанций», которые ухудшаются с возрастом. В результате они начинают генерировать меньше токсичных побочных продуктов. Эти открытия могут привести к новым подходам для противодействия клеточным эффектам старения и, возможно, к продлению жизни.

«Новизна этого исследования в том, что мы создали модель, в которой можем обратимо отключать производство антиоксидантов в митохондриях, — говорит профессор Джеральд Шейдел, старший автор статьи. — Это позволило нам индуцировать этот стресс в определенные временные промежутки и наблюдать за реакцией клеток».

В процессе преобразования пищи в химическую энергию митохондрии производят химическое вещество — супероксид, который играет критическую роль в клетках, но токсичен при накоплении. Поэтому митохондрии также производят фермент — супероксиддисмутазу (SOD), — который превращает супероксид в менее токсичную форму.

Чтобы изучить, как кратковременный клеточный стресс, вызванный митохондриальным супероксидом на ранних стадиях развития, влияет на здоровье в дальнейшей жизни, команда разработала подход для временного отключения фермента SOD. Исследование проводилось на генетически идентичных мышах in utero: у половины из них с помощью молекулярного «выключателя» на время деактивировали SOD, вызывая кратковременный стресс.

После рождения и во взрослом возрасте обе группы мышей выглядели очень похоже. Однако образцы печени, взятые в возрасте четырех недель, показали разительные отличия: у мышей, подвергшихся стрессу, были выше уровни антиоксидантов, больше митохондрий и меньше накоплений супероксида, чем у контрольной группы. Аналогичные результаты были получены в экспериментах с клетками in vitro: те, что пережили кратковременный стресс, оказались более устойчивыми к нему и здоровыми с клеточной точки зрения.

Анализ активированных генов в образцах печени и клеточных культур выявил неожиданные молекулярные пути в группе SOD. Эти пути перепрограммировали митохондрии, заставляя их производить меньше токсичных молекул и одновременно повышая антиоксидантную способность клеток.

Работа предполагает, что кратковременный митохондриальный стресс может приводить к долгосрочным адаптациям (концепция «митогормезиса»), которые дольше сохраняют клетки здоровыми, отсрочивая старение и болезни. В дальнейшем команда планирует изучить, может ли выявленный механизм замедлять эффекты старения у млекопитающих.

«Мы в восторге от возможности проверить, можно ли нацелиться на уникальные пути передачи сигналов митогормезиса, которые мы выявим в этой новой модели мышей, для предотвращения распространенных возрастных заболеваний, таких как рак, болезнь Альцгеймера и сердечные заболевания», — добавляет Шейдел.