Энергия мозга. Теория развития всех психических заболеваний, объясняющая их общую причину

Давно известно, что соотношение АТФ и АДФ, уровень РФК и кальция могут влиять на экспрессию генов. Как вы теперь знаете, все эти показатели напрямую связаны с функцией митохондрий. Однако, учитывая, что эти факторы также являются маркерами общего клеточного здоровья и функционирования, никто не задумывался об этом основательно и уж тем более не предполагал, что митохондрии могут напрямую контролировать экспрессию генов в ядре.

В 2002 году обнаружили, что митохондрии необходимы для переноса важного эпигенетического фактора – ядерного белка гистона H1 (26). Этот белок помогает регулировать экспрессию генов и переносится из цитоплазмы в ядро – для этого процесса требуется АТФ. Между тем исследователи выявили, что одной только АТФ недостаточно. Без митохондрий никакого переноса не происходит.

В 2013 году было доказано, что митохондриальные РФК непосредственно инактивируют фермент под названием «гистоновая деметилаза Rph1p», который регулирует эпигенетическую экспрессию генов в клеточном ядре (27). Было установлено, что этот процесс играет роль в продлении жизни у дрожжей, и предполагается, что он может иметь определенное значение и для людей.

В 2018 году еще два исследования продемонстрировали значимую роль митохондрий в экспрессии генов. Молекулярной биолог Мария Дафне Кардамоне с коллегами доказали, что белок GPS2 высвобождается митохондриями в ответ на метаболический стресс (28). Метаболический стресс может быть вызван множеством различных причин, однако голодание является ярким примером. После того как GPS2 высвобождается митохондриями, он попадает в клеточное ядро, где регулирует ряд генов, связанных с биогенезом митохондрий и метаболическим стрессом.

Другая группа исследователей под руководством доктора Кюнг Хва Кима обнаружила еще один митохондриальный белок, MOTS-c, который кодируется митохондриальной ДНК и играет определенную роль в экспрессии генов (29). Это было очень неожиданное открытие. Примерно 20 лет назад все считали, что митохондриальная ДНК служит лишь для производства АТФ. MOTS-c также вырабатывается в ответ на метаболический стресс. После того как MOTS-c вырабатывается в митохондриях, он попадает в ядро и связывается с ядерной ДНК. Это приводит к регуляции широкого спектра генов, связанных с реакцией на стресс, обменом веществ и антиокислительными эффектами.

Наконец, что самое впечатляющее, доктор Мартин Пикар с коллегами, проводя эксперименты с мутировавшими митохондриями в клетках, обнаружили, что по мере увеличения количества дисфункциональных митохондрий возникало все больше эпигенетических проблем и изменений (30). Этому влиянию были подвержены почти все гены, экспрессируемые в клетках. В конечном счете, в ситуациях, когда почти все митохондрии были нефункциональны, клетки погибали. Это исследование доказало, что митохондрии участвуют не только в экспрессии генов, связанных с энергообменом, но, возможно, в экспрессии всех остальных генов.

Митохондрии могут размножаться

При благоприятных обстоятельствах клетки производят больше митохондрий – этот процесс называется митохондриальным биогенезом. Некоторые клетки в итоге обзаводятся большим количеством митохондрий, следовательно, могут производить больше энергии и работать эффективнее. Широко распространено мнение, что чем больше в клетке здоровых митохондрий, тем она здоровее. Известно, что с возрастом количество митохондрий уменьшается, равно как и при многих заболеваниях. У спортсменов-чемпионов в клетках митохондрий больше всего, и их органеллы выглядят более здоровыми.

Митохондрии участвуют в процессе роста и дифференциации клеток

Рост и дифференциация клеток – это сложный процесс, в ходе которого обычная стволовая клетка превращается в специализированную клетку. Дифференциация означает, что клетки становятся непохожими друг на друга и принимают на себя узкоспециализированные роли. Одни становятся клетками сердца. Другие – клетками мозга. Внутри мозга разные клетки выполняют разные роли и меняются на протяжении всей жизни. У одних формируются новые синапсы. Другие избавляются от ненужных частей. Третьи растут и увеличиваются в размерах, когда в этом возникает потребность. Эта способность клеток мозга меняться называется нейропластичностью.

Процесс роста и дифференциации включает в себя активацию определенных генов в нужных клетках в нужное время. В него входит множество сигнальных путей и производство строительных блоков для новых клеток и их частей.