Несколько лет назад были опубликованы результаты одного из исследований, свидетельствующие о том, что полноценная работа митохондрий критически важна для сохранения стволовых клеток. По мере же усугубления возрастной дисфункции митохондрий свободных радикалов становится все больше, что вызывает нарушение работы стволовых клеток.
Исследователи выявили интересный факт: с возрастом популяция стволовых клеток не обязательно уменьшается. Стволовые клетки просто прекращают выполнять свои функции. Функциональный дефолт стволовых клеток приводит к отказу соответствующего органа и усилению симптомов той или иной болезни (все это отчасти напоминает женское бесплодие, когда некоторое количество ооцитов не отмирает по мере старения женщины, но теряет свой репродуктивный потенциал в результате нарушения выработки клеточной энергии).
В 2015 году группа Катаджисто опубликовала результаты своего исследования, подтверждающие данные утверждения. В рамках этого исследования ученые наблюдали за распределением митохондрий при формировании дочерних клеток. Они проследили судьбы старых и молодых органелл в процессе деления стволовых клеток и выяснили, что «пожилые» митохондрии асимметрично распределялись среди дочерних клеток. Те клетки, которые получали меньше выработавших свой ресурс генераторов энергии, оставались сами собой и сохраняли такое качество, как стволовость
[47]. При этом прекращение деления митохондрий прерывало жизненные процессы и не позволяло дочерним клеткам перенимать у родителей свойства стволовости. Отсюда следует, что в стволовых клетках, возможно, существуют механизмы асимметричного распределения старых и новых митохондрий, что позволяет хотя бы одной дочерней клетке получить большое количество здоровых митохондрий, а это дает организму возможность максимально долго сберегать функцию стволовости в интересах целостного организма.
Нарушение работы митохондрий лежит в основе цикла дегенерации, лишающего стареющих людей регенеративных преимуществ молодости. Ученые предполагают, что повышение функциональности митохондрий (сопряженное с оптимизацией ряда клеточных процессов) открывает возможности для внедрения продвинутых терапевтических процессов, призванных улучшить восстановление тканей в организме, перешагнувшем порог старости.
Онкологические заболевания: осознание причин приближает к их устранению
Любой разговор о митохондриях будет неполным, если не рассмотреть тему злокачественных опухолей. Как пишет Ник Лэйн в «Энергии, сексе и самоубийстве», рак — это наиболее экстремальное проявление конфликта внутри индивида: отдельная клетка становится эгоистичной, выходит из-под систематического контроля со стороны целостного организма и начинает воспроизводить себя, подобно бактерии.
Злокачественные опухоли появляются в результате генетических мутаций (хотя есть и исключения). В большинстве случаев для того, чтобы клетка превратилась в злокачественную, в ней должны накопиться от восьми до десяти мутаций специфических генов (одной мутации обычно оказывается недостаточно). Став раковой, клетка ставит свои интересы выше общественных, то есть потребностей организма как целого. Чтобы этого избежать, в клетке есть специальные противораковые предохранители, и именно поэтому единичная мутация не может вызвать развитие опухоли. Некоторые люди наследуют такого рода мутации от родителей (речь идет о генетической предрасположенности к онкологическим заболеваниям), что снижает количество приобретенных мутаций, необходимое для того, чтобы клетка перешагнула порог злокачественности.
В норме клетки, больше не работающие на организм, ликвидируются с помощью апоптоза. Апоптоз — крайне важный механизм иммунной регуляции. Он играет ключевую роль в развитии и дифференцировке клеток иммунной системы, то есть выбраковывания иммунных клеток, которые могут нанести вред здоровым тканям. Кроме того, иммунная система может инициировать апоптоз поврежденных или инфицированных клеток, чтобы не дать им возможности переродиться, адаптироваться к новым условиям и начать размножаться.
Апоптоз представляет собой четко упорядоченный процесс, после которого от погибшей клетки не остается даже и следа. Однако за эту упорядоченность приходится платить. Все этапы регулируемого процесса программируемой клеточной гибели требуют большого количества энергии, и если запасы АТФ не соответствуют этим требованиям, то поврежденная клетка получает шанс на перерождение в вампира. Дефицит АТФ может возникнуть по ряду причин, но две из них связаны с мутациями либо мтДНК, либо яДНК, которые в результате: а) прекращают кодирование функциональных белков, обеспечивающих производство клеточной энергии, или б) кодируют многие-многие дефектные белки, участвующие в процессе апоптоза. Мы видим, что апоптоз и механизмы предотвращения развития опухолей полностью зависят от митохондриальной функции (мутации ядерной ДНК, кодирующей многие митохондриальные белки, тоже имеют отношение к противораковой защите организма).
Те, кто только начинает узнавать о степени влияния крошечных электростанций на человеческое здоровье и процессы старения, изумляются, узнав, что митохондрии играют ключевую роль в области онкологии. Еще больше шокирует тот факт, что связь между митохондриальной дисфункцией и раком была открыта в начале 30-х гг. XX века, когда немецкий ученый Отто Варбург впервые предположил, что склонность к аэробному гликолизу (при достаточном количестве кислорода клетка отказывается от окислительного фосфорилирования и переходит к гликолизу), зафиксированная им у разнообразных злокачественных клеток, обусловлена нарушением в них респираторного цикла (впоследствии за данное исследование он получил Нобелевскую премию). Акцент на аэробном гликолизе меняет биоэнергетику клетки, в которой снижается интенсивность цикла Кребса, окислительного фосфорилирования и бета-окисления, но усиливается глюконеогенез
[48], а также увеличивается производство молочной кислоты. Современные авторы обобщают результаты проведенных в наше время исследований и приходят к тому же выводу, что и Варбург столетие назад: рак — это метаболическое нарушение, как и все недуги, о которых говорится в этой книге. Если вы захотите углубиться в эту тему, почитайте работу Трэвиса Кристофферсона (Travis Christofferson) Tripping Over the Truth.
Митохондрии как клинический маркер онкологических заболеваний
Изобилие митохондрий делает их и их ДНК важным маркером рака. Согласно научным данным, в злокачественных клетках находится в 220 раз больше мутаций мтДНК, чем мутаций яДНК. Легче всего злокачественные мутации мтДНК обнаруживаются в моче, крови и слюне онкологических больных. Эти мутации используются в качестве маркера при гепатоцеллюлярной карциноме и раке груди. Недавно были разработаны протоколы быстрого секвенирования генома, позволяющие выявлять мутации мтДНК в образцах злокачественной опухоли и крови, взятых у пациентов.
