Как митохондриальная ДНК влияет на здоровье человека?

Исследователи из Института Солка разработали новую платформу для изучения мутировавшей митохондриальной ДНК, которая поможет понять, как она влияет на здоровье человека.

Одни из самых важных ваших «партнеров по жизни» — это митохондрии, которые обеспечивают энергией все ваши клетки. Вы и эти маленькие клеточные электростанции связаны эволюционными узами, насчитывающими 1,5 миллиарда лет, но у митохондрий есть свои особенности. Когда они объединились с более крупными и сложными клетками, они принесли с собой собственную ДНК, и сегодня эта митохондриальная ДНК влияет на здоровье человека.

Ученые из Института биологических исследований Солка задаются вопросом, что это за факторы, и их последнее исследование открывает новую биологическую платформу для изучения митохондриальной ДНК в контексте физиологии, адаптации, механизмов развития заболеваний и разработки методов лечения. С помощью этой платформы они уже создали библиотеку из 155 клеточных линий с мутациями митохондриальной ДНК и выявили корреляцию между развитием мышей и функцией митохондрий.

Платформа, библиотека и полученные результаты ускорят разработку методов лечения митохондриальных заболеваний, а также помогут ученым бороться с митохондриальной дисфункцией при других болезнях и состояниях, таких как рак или старение.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Митохондриальная ДНК накапливает мутации с высокой скоростью, и у людей было выявлено более 260 наследственных мутаций мтДНК, вызывающих заболевания», — говорит старший автор исследования и соавтор-корреспондент Рональд Эванс, доктор философии, профессор, директор Лаборатории экспрессии генов и обладатель кафедры молекулярной биологии и биологии развития March of Dimes в Институте биологических исследований Солка.

«До сих пор из-за отсутствия моделей, отражающих это разнообразие, было сложно понять механизмы и разработать методы лечения. Наша новая платформа позволит ученым исследовать вариации митохондриальной ДНК в норме, при болезнях и в процессе эволюции, что откроет возможности для разработки инновационных методов лечения митохондриальных заболеваний».

Что такое митохондриальные заболевания?

Митохондриальная ДНК выполняет чрезвычайно важную функцию — создает белки, необходимые для выработки энергии, — но при этом подвержена особенно высокому риску мутаций, которые могут накапливаться из-за неэффективных механизмов репарации.

Поскольку  митохондрии   являются важнейшими компонентами каждой клетки, их дисфункция может привести к нарушениям в работе всего организма, особенно сильно влияя на органы, требующие много энергии, такие как мозг и сердце. При недостатке энергии в клетках могут появиться такие симптомы, как мигрень, мышечная слабость, потеря слуха или зрения.

Хроническое и масштабное воздействие митохондриальной дисфункции делает ее изучение особенно важным. Попытки определить последствия конкретных мутаций митохондриальной ДНК были медленным и кропотливым процессом, растянувшимся на многие годы.

Исследователи создавали одну за другой мышиные модели с различными мутациями митохондриальной ДНК, и на создание одной модели иногда уходили годы. Эту проблему доктор наук Вэйвэй Фань, сотрудник Института биологических исследований Солка, заметил в начале своей научной карьеры и решил заняться ею, еще будучи аспирантом.

«Вся эта новая работа основана на оригинальной платформе, которую я создал во время работы над докторской диссертацией, — говорит Фан, первый и соавтор исследования. — Та платформа была неэффективной — на создание всего одного мутанта митохондриальной ДНК уходило много времени. Благодаря некоторым технологическим усовершенствованиям и модификациям новая платформа стала гораздо более эффективной и позволяет с гораздо большей легкостью создавать десятки мутантов».

Чему нас учат биологические модели?

Новая модель, разработанная в Институте биологических исследований Солка, представляет собой масштабируемую платформу на основе стволовых клеток, позволяющую создавать мышей с мутациями в митохондриальной ДНК. После выведения таких мышей исследователи могут изучать конкретные симптомы, связанные с мутацией митохондриальной ДНК, и механизмы их возникновения, чтобы в дальнейшем разработать таргетную терапию.

Платформа начинает работу с белка под названием «полимераза митохондриальной ДНК», который генерирует митохондриальную ДНК со случайными мутациями. Затем эта мутировавшая митохондриальная ДНК переносится в стволовые клетки, которые можно интегрировать в эмбрионы мышей, чтобы получить мышей для исследований.

С помощью этой платформы команда ученых из Института биологических исследований Солка создала библиотеку из 155 клеточных линий с мутациями митохондриальной ДНК, каждая из которых по-своему влияет на работу митохондрий.

Затем они использовали эту библиотеку, чтобы подтвердить, что с помощью этих клеток можно получить мышей с единичными мутациями митохондриальной ДНК. Эти мыши позволили выявить сильную корреляцию между функцией митохондрий  и ранним эмбриональным развитием, что указывает на необходимость базового уровня энергии для нормального развития.

Как этот новый ресурс изменит подход к лечению митохондриальных заболеваний?

«Наша библиотека — это огромный шаг вперед, она очень разнообразна, а по масштабу разнообразия сравнима с известными человеческими мутациями, вызывающими заболевания, которых насчитывается около 260», — говорит Фан.

«С помощью этой коллекции мутировавших клеток мы можем изучать не только наследственные мутации, но и те, которые возникают под воздействием других стрессовых факторов, таких как окружающая среда или старение».

Новая платформа и библиотека открывают новые возможности для изучения митохондриальной ДНК. Благодаря способности быстрее создавать мутанты митохондриальной ДНК ускорится разработка методов лечения митохондриальных заболеваний и дисфункций.

Мышиные модели — это уже огромный шаг вперед в данной области, но исследователи также стремятся перейти к моделям на людях в более приближенном к реальности контексте.

«Большинство заболеваний человека сопровождаются митохондриальной дисфункцией или вызывают ее, — говорит Эванс. — Прогресс в этой области был незначительным, но эта новая платформа даст толчок множеству важных исследований, которые укажут на терапевтические подходы к борьбе с митохондриальными заболеваниями, а также с болезнями или состояниями, связанными с митохондриальной дисфункцией, такими как рак или старение».

Данный контент носит информативный характер.
NAD+ является БАД, перед применением необходимо проконсультироваться со специалистом.
18+