Кислородное голодание продлило жизнь митохондрий
Широко известно, что кислород необходим практически всем существам на планете для поддержания жизни. Однако американские учёные предложили, на первый взгляд, парадоксальную методику лечения митохондриальных болезней, основанную на кислородном голодании. Терапия была испытана на животных.
Напомним, что митохондрии – это своеобразная энергетическая база клеток, чья деятельность основана на окислении органических соединений и использовании энергии, освободившейся при распаде молекул АТФ. Митохондрии имеют собственную ДНК, содержащую 37 генов.
Мутации в митохондриальных генах могут вызывать целый ряд расстройств, угрожающих жизни человека. Они затрагивают ткани и органы, которые нуждаются в большом количестве энергии, например, мозг, глаза, мышцы. Учёные уже давно ищут способы лечения митохондриальных болезней (один из самых радикальных – не дать им появиться вовсе).
Новую методику предложили учёные из Гарвардского университета. Биолог Вамси Мутха (Vamsi Mootha) и его аспирантка Иша Джайн (Isha Jain) использовали популярный инструмент редактирования генома – CRISPR для последовательного отключения около 18 тысяч различных генов в человеческой клетке. Целью учёных было изменить работу генов таким образом, чтобы получить те же проблемы, что наблюдаются у людей с митохондриальными заболеваниями. Специалисты хотели понять, в каких случаях клетки могут выжить при неисправных митохондриях.
Выяснилось, что ген Гиппеля-Линдау (VHL) играет важную роль: он кодирует белок, который подавляет клеточную реакцию на гипоксию — пониженное содержание кислорода в организме. При отключении гена VHL животные реагируют так, словно они находятся в среде с низким содержанием кислорода (нормальный ответ организма таков, что при гипоксии он защищает митохондрии от повреждений).
Биологи провели серию экспериментов: сначала они провели опыт на клетках, а затем на эмбрионах рыбок данио-рерио (являющихся животной моделью человека) с дефектными митохондриями. Специалисты, воздействовав химическими веществами и фактически "включив" их гены, вовлечённые в ответ на гипоксию, почти вдвое увеличили выживаемость.
Потом эксперты провели исследования на лабораторных мышах, в организме которых была смоделирована митохондриальная болезнь человека, называемая синдромом Лея. Это заболевание характеризуется поражением центральной нервной системы.
Исследователи держали животных в среде, где содержание кислорода соответствовало уровню на вершине горы Монблан, самой высокой в Альпах — почти пять тысяч метров над уровнем моря. Эксперимент показал, что при кислородном голодании мыши прожили более шести месяцев, в то время как животные без лечения прожили всего около двух месяцев.
В настоящий момент учёные пытаются понять, почему гипоксия помогает животным с митохондриальными заболеваниями. Одна из возможных причин — при гипоксии митохондрии производят меньше свободных радикалов, вредных для клеток, которые могут повреждать ткани и вызывать проблемы у детей с митохондриальными заболеваниям.
Другое мнение: гипоксия активирует альтернативные пути синтеза АТФ, которые помогают организму нормально функционировать.
Отмечается, что митохондриальные заболевания встречаются довольно часто. Некоторые дети страдают от мышечной дистрофии (не могут сокращать и расслаблять мышцы, двигаться), другие испытывают неврологические расстройства или имеют болезни сердца. Эксперты уже давно говорят о новых методах лечения.
Однако учёные не спешат после удачных экспериментов на животных применять технологию для лечения людей. Потенциальные выгоды от гипоксии необходимо тщательно рассмотреть наряду с потенциальными угрозами, отмечает кардиолог Ккоролевского университета в Кингстоне Стивен Арчер (Stephen Archer).
По словам Мутха, гипоксия может быть и опасной, поэтому очень важно провести другие исследования на животных для определения оптимальной схемы лечения.
"Дополнительные испытания помогут нам определить, будет ли когда-либо возможно такое лечение или нет", — заключает биолог.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Science.