Эгоистичная митохондрия. Как сохранить здоровье и отодвинуть старость

В течение нескольких минут после зачатия, когда митохондрии из сперматозоида проникают в яйцеклетку, они попадают в специальные вакуоли (аутофагосомы) и перевариваются там в ходе аутофагии[42]. В результате мтДНК передается только по материнской линии. Но если аутофагия дает сбой, то отцовские митохондрии и их геномы присутствуют даже на первых фазах эмбрионального развития.

Другая причина крайней вредоносности смешения материнского и отцовского мтДНК и уничтожения отцовской мтДНК в ооцитах заключается в механизме синтеза белков, отвечающих за производство энергии. Стоит напомнить, что мтДНК кодирует только 13 белков, имеющих отношение к ЭТЦ, тогда как ядерная ДНК кодирует свыше восьми сотен белков, вовлеченных в работу дыхательной цепи. Даже если мтДНК является нормальной, новорожденная ядерная ДНК (которая ранее никогда не существовала и которая является миксом родительских ядерных ДНК) должна, в свою очередь, быть не просто нормальной, но и эффективно взаимодействовать со своим митохондриальным визави.

Например, для нормального синтеза хорошо нам знакомого комплекса I необходима ясная, непротиворечивая коммуникация между мтДНК и яДНК. Однако ключевую роль в данном процессе играет именно мтДНК, так как она кодирует критически важные субъединицы комплексов, встроенных во внутреннюю митохондриальную мембрану. Оттуда мтДНК, словно маяк, притягивает к себе другие субъединицы, кодируемые яДНК. Если мтДНК и яДНК хорошо «стыкуются» между собой, то митохондрии получают качественные комплексы ЭТЦ в нужном ей количестве. Это означает, что производимая митохондриями энергия будет «экологически чистой» (с минимальным присутствием свободных радикалов), а сами генераторы энергии смогут выжить и полноценно выполнять свои функции. Соответственно, если полноценных митохондрий в клетке окажется достаточно много, то такая клетка является жизнеспособной.

В случае же рассогласованности между мтДНК и яДНК производство энергии нарушается и митохондрии умирают, а при достаточно большом количестве дефектных митохондрий в клетке погибает и она. Поэтому природа поступает мудро, оставляя в оплодотворенном яйце только один вид мтДНК, иначе избежать хаоса было бы сложно.

В ооцитах женщин позднего репродуктивного возраста накапливаются митохондрии с мутировавшей ДНК, тогда как для стремительного деления клеток быстро растущего эмбриона требуется большое количество энергии. Мутации мтДНК несовместимы с нормальной фертильностью, и, стало быть, оплодотворение дефектных яйцеклеток в скором времени прерывается (то есть завершается выкидышем).

Поэтому бесплодные женщины за 30 (и даже за 40) лет, которые в молодости были способны к деторождению, могут сегодня воспользоваться методом переноса ядерного генома, о котором мы говорили выше. Напоминаю, при использовании этого метода из материнской яйцеклетки (ооцита) здоровой женщины извлекается ядро (однако в яйцеклетке остается все остальное, включая здоровые митохондрии). После этого ядро из зиготы (оплодотворенной яйцеклетки) бесплодной женщины переносится в здоровую донорскую яйцеклетку.

Напомню, что в большинстве стран перенос ядерного генома запрещен из этических соображений. Более того, результаты недавних исследований свидетельствуют о том, что митохондриальный синдром может вернуться, несмотря на практически стопроцентное устранение дефектных материнских митохондрий. Вместе с тем этот эксперимент убедительно подтверждает, что возрастная митохондриальная дисфункция — это ключевой фактор бесплодия.

У борющихся с бесплодием ученых есть теперь цель — митохондрии. Исследователи могут сосредоточится на разработке фармацевтических средств, улучшающих клеточную биоэнергетику: когда-нибудь мы научимся восстанавливать юную цельность здоровых митохондрий без пересадки донорских «генераторов энергии».

Выбор качественных яйцеклеток и митохондрий

После того как сперматозоид оплодотворяет ооцит, возникшая в результате их конъюнкции зигота начинает бурный рост, основанный на быстром делении клеток. Как мы отметили выше, это требует огромного количества энергии. Однако делятся именно клетки, а не митохондрии. Изначальное количество митохондрий (примерно одна сотня тысяч) разделяется между новыми клетками, вследствие чего к двухнедельному сроку после зачатия в каждой клетке находится только две сотни митохондрий. Это, как и в случае с отсевом отцовских митохондрий, происходит согласно незримому плану. Дело в том, что дефектные митохондрии могут спрятаться и затеряться в море здоровых митохондрий, однако среди 200 митохондрий сущность каждой из них видна как на ладони: дисфункциональные митохондрии больше не могут скрываться за спинами полноценно работающих живых электростанций. Будучи обнаруженными, дефектные митохондрии ликвидируются, что, вероятно, не представляет собой проблемы при гибели небольшого количества клеток и приводит к прерыванию беременности, если больных митохондрий (и, соответственно, гибнущих клеток) слишком много.