Ли Ноу - Эгоистичная митохондрия. Как сохранить здоровье и отодвинуть старость

Хотя мы до конца не знаем, как работают сигналы свободных радикалов, нам известно, что система, частью которой они являются, представляет собой природный термостат, который требует определенной степени флуктуации супероксидов. Если скорость выбросов свободных радикалов из митохондрий не менялась бы, система не могла бы корректировать саму себя (так же как и термодатчики в помещении, которые срабатывают только при изменении температуры).

Если же исходящий от свободных радикалов сигнал игнорируется или свидетельствует о неразрешимости проблемы, то запускается программа апоптоза. Когда это происходит только с одной или несколькими митохондриями, клетка воздерживается от самоуничтожения. Но если под власть разрушительного процесса одновременно попадает масса митохондрий, то радикальный сигнал пробивает пороговое значение и для клетки это сигнал, что ее время пришло. Итак, если в соответствии с теорией свободных радикалов и ранними версиями митохондриальной теории супероксиды рассматривались как абсолютное зло, современная митохондриальная теория старения положительно оценивает сигнальную функцию свободных радикалов и считает ее жизненно важной.

Изложенное выше не отменяет того факта, что свободные радикалы вызывают процесс старения и ограничивают продолжительность жизни. Известно, что мутации контрольных участков митохондриальной ДНК со временем накапливаются. Такие мутации, возникнув в одной клетке, могут распространиться по всем клеткам соответствующей ткани. Мутации контрольных участков мДНК могут повлиять на работу факторов транскрипции (напомним, что речь идет о белках, контролирующих процесс синтеза — транскрипцию — мРНК на матрице ДНК путем связывания со специфичными участками ДНК), не затрагивая генетическую последовательность ДНК. Распространение мутаций такого типа зависит от способности искаженной ДНК к репликации. Предположим, мутация приводит к тому, что митохондрия начинает вяло, в отличие от здоровой митохондрии, реагировать на сигнал о самовоспроизведении путем деления или вообще прекращает воспроизводить себя. Соответственно, количество таких митохондрий будет постепенно уменьшаться, и в результате клетка избавится от них в процессе регулярной замены своих компонентов. Если же мутация, наоборот, ведет к ускорению репликации дефективной ДНК, то больные митохондрии рано или поздно заменят нормально функционирующие источники клеточной энергии. Важно отметить, что такие мутации, как правило, охватывают все клетки соответствующей ткани, если, конечно, речь не идет о фатальном нарушении митохондриальных функций (полном прекращении работы ЭТЦ), приводящем к немедленной смерти клетки.

Напротив, мутации кодирующих участков митохондриальной ДНК могут усиливаться в конкретных клетках, но редко распространяются за пределы 1 % клеточной структуры соответствующей ткани. Причина этого заключается в том, что мутации этого типа обычно нарушают нормальную работу ЭТЦ, искажая внутреннюю структуру критически важных ее белковых субъединиц. В результате резко повышается количество свободных радикалов, причем, в отличие от нормального положения вещей, сигнал о необходимости синтеза новых комплексов или компонентов не спасет ситуацию, так как новые белки будут такие же дефективные. Звучит ужасно, не так ли? К счастью, современная версия митохондриальной теории старения гораздо более оптимистична. В соответствии с ней, дефектные митохондрии сообщают о своей ущербности ядру, после чего ядерная ДНК позволяет клетке адаптироваться к новому вызову.

Этот сигнал от митохондрий ядру называется ретроградным путем , так как он является полной противоположностью нормальной направленности сигнальных команд (и ядра остальной части клетки). Если митохондрия повреждена, а клеточное дыхание находится под угрозой, митохондрия посылает в ядро сигнал SOS о недостатке энергии. Ядро получает запрос на активацию ферментационных генов вместо дыхательных генов, ему нужно включить запасной генератор энергии в виде анаэробного дыхания (выработки энергии без митохондрий и кислорода). Такая ситуация способствует появлению новых митохондрий, или митохондриальному биогенезу — процессу, посредством которого в клетке образуются новые митохондрии и который защищает клетку от дальнейшего развития метаболического стресса, а также представляет собой единственный способ защиты клетки от любой биоэнергетической недостаточности.

Популяция митохондрий находится в состоянии переменчивости. Они делятся, если дефицит энергии является сравнительно умеренным и клетка может починить в наименьшей степени поврежденные митохондрии, тогда как безнадежно мутировавшие вымирают. Последние подвергаются управляемому изнутри распаду (речь идет о митохондриальной версии апоптоза — митофагии ), а их компоненты вновь вводятся в жизнедеятельность клетки. В наибольшей степени поврежденные и дисфункциональные митохондрии жизнь постоянно стремится с корнем вырвать из популяции генераторов клеточной энергии. Большинство клеток теоретически может бесконечно продлевать свою жизнь, постоянно восполняя дефицит жизненной силы.

Возможно, вы решили, что нами найден источник вечной молодости. К сожалению, если бы все было так просто, все взрослые люди находились бы в биологическом возрасте, соответствующем двадцати с хвостиком годам. Но это только мечты. В то время как жизнь способна выносить за скобки самые серьезные мутации митохондрий, с возрастом наши «крошечные электростанции» все равно изнашиваются, и у нас нет средств (во всяком случае, естественных), чтобы это исправить. Может быть, в будущем человечество научится извлекать спящие неповрежденные митохондрии из стволовых клеток и направлять их в каждую другую клетку организма, но сейчас мы находимся от этого достаточно далеко. Тем не менее уже сейчас мы можем замедлять процесс старения и отсрочивать или даже предотвращать болезни, возникающие в результате постепенного увядания митохондрий.

Как вы уже знаете, с возрастом человеческий организм вынужден использовать все более и более дефектные митохондрии. Но нельзя сказать, что это похоже на сход лавины. Клетка и ее митохондрии адаптируются к процессу старения и берут его под контроль, достигая определенного уровня равновесия. Результаты большинства исследований говорят об отсутствии каких-либо действительно серьезных отличий (включая разрушение белков, липидов и углеводов) между молодой и старой клетками. Деградация же, как выяснили ученые, затрагивает диапазон оперативных генов, и это связано с судьбой факторов транскрипции. Деятельность наиболее важных транскрипционных факторов зависит от того, окислены они или восстановлены: многие из них окисляются свободными радикалами и затем восстанавливаются специализированными ферментами. Именно тонкий баланс между окислением и восстановлением обусловливает активность факторов транскрипции. (Будущее медицины в существенной степени связано с исследованием окислительно-восстановительного (или редокс) потенциала .)