Живой или мертвый: митохондриальный контроль жизни и смерти
После выработки энергии наиболее важной функцией митохондрий является регуляция процесса умирания. Когда клетки нашего организма изнашиваются или им наносится невосполнимый ущерб, они совершают клеточный суицид, или апоптоз. Неполадки в регулирующих апоптоз механизмах влекут за собой серьезные последствия, одним из которых является возникновение злокачественной опухоли. Поэтому апоптоз представляет собой критически важный фактор целостности и правильной организации многоклеточного организма. Он контролируется митохондриями.
С генетической точки зрения многоклеточные организмы состоят из идентичных клеток, выполняющих конкретные задачи во имя организма, включая и задачу самоликвидации. Такая ситуация уникальна в живой природе — ведь живые существа характеризуются врожденным желанием выжить любой ценой. Тогда возникает вопрос, как и когда клетки многоклеточного организма начали в большинстве случаев послушно подчиняться распоряжению центра совершить суицид ради благополучия целого организма? Вероятнее всего, этот процесс продолжался сотни миллионов лет, а в качестве проводников такого альтруистического поведения выступили митохондрии, без которых многоклеточные организмы были бы буквально нашпигованы опухолями и погибали бы от рака в самом начале своего развития.
Чтобы жить в сообществе и пользоваться всеми его благами, люди должны согласиться на служение общему благу и на ущемление части своих прав. Злокачественные опухоли периодически возникают тогда, когда приговоренные к смерти клетки-эгоисты выходят из-под контроля и отказываются умирать. После этого они начинают лихорадочно делиться, не обращая внимания на последствия своих действий для всего клеточного сообщества. В итоге они убивают весь организм и, по зловещей иронии судьбы, погибают сами, исполняя вынесенный им изначально приговор.
Чтобы предотвратить возникновение опухолей-убийц, жизнь в ходе своей эволюции наделила митохондрии властью управлять процессом цивилизованной смерти клеток. Они делают это, считывая сигналы из разных источников. Если целостная картина, возникающая на основе обработки множества сигналов, показывает, что клетка больше не способна к нормальному функционированию или не подчиняется парадигме общего блага, то митохондрии запускают программу ее самоуничтожения. Процесс начинается с активации определенных мембранных рецепторов и каскада реакций, вовлекающих в работу другие органеллы, которые называются эндоплазматической сетью (эндоплазматическим ретикулумом
[11]). Центральным событием при многих формах регулируемой самоликвидации клеток является активация индуцирующих апоптоз каналов митохондрий (MAC) в результате конкретного стимулирующего воздействия. Открытие этих каналов делает внешнюю мембрану митохондрий чрезвычайно водопроницаемой, в результате чего она теряет электрический заряд и протонный градиент. Это приводит к лавинообразному росту числа свободных радикалов, которые окисляют липиды внутренней мембраны. Если же окисляется фосфолипид, то он может образовать соединение с комплексом IV, который в результате выпадает из своей позиции во внутренней мембране, что приводит к прекращению работы ЭТЦ.
Атака свободных радикалов также высвобождает цитохром с (и другие молекулы), который соединяется с другими компонентами цитоплазмы, чтобы образовать апоптосомный комплекс
[12]. Апоптосомный комплекс активирует ферменты клеточной смерти — каспазы. Как мы помним, цитохром с отвечает за перенос электронов от комплекса III к комплексу IV. В нормальных условиях цитохром с прикреплен к внешней стороне внутренней митохондриальной мембраны. Но отсоединившись от мембраны, он начинает выполнять вышеупомянутые функции.
Вообще отсоединение цитохрома с от внутренней мембраны является ключевой стадией апоптоза, которая делает его необратимым. С научной точки зрения интерес вызывает тот факт, что даже микроинъекции цитохрома в здоровые клетки млекопитающих вызывают апоптоз, что представляет собой хороший пример народной мудрости: «Недоученный хуже неученого». В ЭТЦ существует два компонента, которые не являются комплексами: CoQ10 и цитохром с. CoQ10 (кофермент Q10) — очень полезный для здоровья лечебный продукт, и его, говоря языком медицины, восполняющее введение признано полезным во многих случаях. Но если мы поступим так же с цитохромом с (полагая, что он поможет переносу электронов от комплекса III к комплексу IV), то будем просто-напросто убивать себя (поэтому цитохром с никогда напрямую не вводится в здоровые клетки).
После активации каспаз они методично разрушают клетку (расщепляя находящиеся в ней белки), которая ужимается и затем распадается на фрагменты, хотя ее органеллы до поры до времени остаются в относительной неприкосновенности (происходит формирование мембранных пузырьков (апоп-тозных телец), впоследствии поглощаемых фагоцитами). После этого близлежащие клетки или макрофаги полностью поглощают клеточные остатки и используют их компоненты в целях своей жизнедеятельности. При правильном ходе событий апоптоз — это хорошо организованный многоплановый процесс клеточного саморазрушения. Каждые сутки в человеческом организме самоликвидируется порядка десяти миллиардов клеток.
Регуляция апоптоза — многоплановый процесс. Для того чтобы смертельный механизм был приведен в действие, необходимо пройти ряд этапов. Практически на каждом из них белкам-триггерам апоптоза противодействуют другие белки, выступающие в качестве предохранителей при ложной тревоге. Однако если каспазы активированы, то процесс уже не остановить. Несомненно, есть множество способов отправить клетке приказ умереть. Например, активированные иммунные клетки отправляют химические сигналы, чтобы инициировать апоптоз в злокачественных клетках, а также в клетках с ДНК, мутировавшей под воздействием ультрафиолетового излучения, внешних токсинов и загрязняющих агентов, вирусов и бактерий, физических стрессов и травм, воспалений и т. д. Все эти триггеры запускают каспазный каскад. Другими словами, все пути клеточного самоубийства в итоге сходятся в одной точке на стадии активации каспаз, которые приводятся в действие лавинообразным ростом числа свободных радикалов, вызванным деполяризацией внутренней митохондриальной мембраны и отсоединением от нее цитохрома с.
Результаты огромного количества исследований говорят о том, что апоптоз исполняет не только функции пресечения роста раковых клеток и контроля деления обычных клеток, но и является ключевым процессом во всей живой природе.
Во время развития человеческого эмбриона гибнет больше 80 % нейронов его головного мозга (такого рода массовое вымирание можно сравнить с запрограммированной клеточной гибелью ооцитов у человеческого эмбриона женского пола). Гибель этих нейронов позволяет мозгу создать оптимально работающие матрицы специфических функциональных связей между оставшимися нейронами. Если бы не процесс апоптоза, то в мозгу эмбриона могли бы установиться необычные связи между разными областями, которые в нормальной ситуации не взаимодействуют друг с другом напрямую. Случаи формирования такого рода нейронных связей, по мнению некоторых исследователей, объясняют тот факт, что люди с высокофункциональным аутизмом видят тот или иной цвет или испытывают определенные эмоции при восприятии конкретных цифр
[13].
