Как избавиться от старых митохондрий
Некоторые нейроны прибегают к помощи астроцитов
LifeSciencesToday по материалам UC San Diego (Getting Rid of Old Mitochondria)
и Johns Hopkins Medicine (Neurons Get Their Neighbors To Take Out Their Trash).
В науке широко признано, что клетки сами разрушают и перерабатывают свои старые или поврежденные органеллы, но недавно ученые Школы медицины Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California, San Diego School of Medicine), Школы медицины Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University School of Medicine) и Института Кеннеди Кригера (Kennedy Krieger Institute) подвергли правильность этого положения обоснованному сомнению, продемонстрировав, что некоторые нейроны передают функцию утилизации ненужных им митохондрий – крошечных внутриклеточных энергетических станций – клеткам глии, известным как астроциты.
Подтверждающие их выводы данные, опубликованные в раннем онлайн издании PNAS (Davis et al., Transcellular degradation of axonal mitochondria), предполагают необходимость пересмотра некоторых из основ биологии. Но они имеют и практическое значение, углубляя понимание многих нейродегенеративных заболеваний и метаболических расстройств и открывая путь к усовершенствованию методов их лечения.
«Это подвергает сомнению общепринятый постулат, что клетки обязательно сами разрушают свои органеллы. Мы пока не знаем, насколько этот процесс генерализован, если рассматривать мозг в целом, но наша работа предполагает его вероятную широкую распространенность», – говорит один из ведущих соавторов исследования Марк Эллисман (Mark Ellisman), PhD, заслуженный профессор неврологии, директор Национального научно-исследовательского центра микроскопии и визуализации (National Center for Microscopy and Imaging Research) UC San Diego.
«Открытие стандартного процесса передачи мусора от нейронов к глии, по всей вероятности, будет очень важно для понимания возрастного снижения функций головного мозга и нейродегенеративных или метаболических заболеваний», – комментирует результаты исследования другой его ведущий соавтор Николас Марш-Армстронг (Nicholas Marsh-Armstrong), PhD, невролог из Университета Джонса Хопкинса и Института Кеннеди Кригера. «Мы ожидаем, что оно окажет значительное влияние и на другие области биомедицины».
Ученые сосредоточили свое внимание на аксонах ганглионарных клеток сетчатки – нейронов, передающих визуальную информацию от глаза к головному мозгу. Стимулом к проведению этого исследования стали наблюдения, сделанные доктором Марш-Армстронгом в ходе изучения мышиной модели глаукомы, о том, что белковые продукты из сетчатки накапливаются в головке зрительного нерва непосредственно за глазом.
Реконструкция данных электронной микроскопии, показывающая часть ганглиозной клетки сетчатки (синяя) в головке зрительного нерва нормальной здоровой мыши. Две ее выпуклости заполнены митохондриями (красные). Ученые считают, что это – один из этапов процесса выведения митохондрий для дальнейшего их разрушения соседними астроцитами. (Фото: Keun-Young Kim/PNAS)
Используя передовые методы микроскопии и молекулярные методики, разработанные в лабораториях Эллисмана и Марш-Армстронга, исследователи установили, что поврежденные митохондрии ганглионарных клеток сетчатки собираются у головки оптического нерва – там, где аксоны ганглионарных клеток выходят из глаза, образуя идущий к мозгу зрительный нерв. Эти митохондрии поглощаются и разрушаются соседними астроцитами – самыми распространенных глиальными клетками нервной системы позвоночных и единственными клетками, связывающими нейроны головного мозга с кровью.
Зрительный нерв и сетчатка мыши, ответственные за передачу информации от глаза к головному мозгу. Ткань окрашена флуоресцентными веществами, показывающими распределение астроцитов (желтые), аксонов ганглионарных клеток сетчатки (фиолетовые), миелина (зеленый) и ядер клеток (голубой). Аксоны ганглионарных клеток сетчатки передают митохондрии близлежащим астроцитам в головке зрительного нерва позади сетчатки. Астроциты разрушают эти митохондрии в процессе, названном трансмитофагией. (Фото: Mark Ellisman, NCMIR, UC San Diego)
Это открытие опровергает общепризнанную аксиому, что все клетки сами изолируют, разрушают и удаляют поврежденные молекулы и органеллы – процесс, известный как аутофагия (в переводе с греческого «самопоедание»). Если в этот процесс вовлечены митохондрии, он называется митофагией. Процесс, описанный Марш-Армстронгом, Эллисманом и их коллегами, назван трансмитофагией (transmitophagy).
Однако многие вопросы, связанные с этим удивительным открытием, пока остаются без ответа. Например, происходят ли митохондрии, перемещаемые к головке зрительного нерва, только из популяции, находящейся в длинных проводящих нервных волокнах, идущих от глаза к мозгу, или какие-то митохондрий активно транспортируются из самой сетчатки?
По мнению доктора Эллисмана, результаты этого исследования углубят понимание – и, возможно, в конечном итоге, усовершенствуют лечение – целого ряда заболеваний.
«Митохондрии играют важную роль в здоровье аксонов, совершенно необходимых для взаимодействия нейронов и передачи информации. Дальнейшее изучения того, что происходит в процессе трансмитофагии и вносят ли нарушения в этом явлении вклад в развитие нейрональных дисфункций или заболеваний, должно стать приоритетным направлением исследований», – считает ученый.
Значение результатов этого исследования выходит далеко за рамки зрительного нерва, так как накопление внутри клеток «мусора» вызывает нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и боковой амиотрофический склероз, говорит доктор Марш-Армстронг. «Показав существование этого альтернативного вида утилизации, мы открыли другим путь к изучению того, могут ли подобные процессы происходить с другими типами клеток или с другими, помимо митохондрий, клеточными компонентами».
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
24.06.2014