Ученые из Университета Кейс Вестерн Резерв обнаружили, что белок под названием Kruppel-like Factor 4 (KLF4) контролирует митохондрии – "электростанции" в клетках, которые катализируют производство энергии. В частности, они определили ключевую роль KLF4 через его отсутствие, то есть нарушение работы митохондрий без достаточного количества белка, что, в свою очередь, приводит к снижению энергии. Это снижение особенно проблематично для сердца, потому что снижение энергии может привести к сердечной недостаточности и смерти.
Выводы исследователей опубликованы в августовском выпуске журнала клинических исследований (JCI). В дополнение к статье с подробным описанием исследования, издание также включает статью с точки зрения первого автора Сюйдуна Ляо, доктора философии, доцента медицины в области сердечно-сосудистой медицины в Медицинской школе Университета Кейс Вестерн Резерв.
"Некоторые клетки невероятно зависят от митохондрий, особенно сердца и мозга," Ляо сказал. "Мозг тоже работает постоянно, даже когда мы спим, поэтому он особенно чувствителен к митохондриальной функции. Рак также захватывает митохондриальные механизмы, чтобы стимулировать свое распространение. Следовательно, идентификация KLF4 как основного регулятора здоровья митохондрий может иметь последствия, выходящие за рамки тех, которые мы подробно описали в этой статье."
Митохондрии описываются как "электростанция" структуры, потому что они превращают сахара и липиды в аденозинтрифосфат (АТФ), энергетическую валюту для всех клеток. Количество митохондрий, их способность производить энергию, а также их восстановление и / или удаление при повреждении составляют некоторые из ключевых аспектов жизненного цикла митохондрий. Исследователи обнаружили, что KLF4 контролирует эти важные аспекты биологии митохондрий.
"Несколько лет назад Сюйдун сделал наблюдение, что у мышей, лишенных KLF4 в сердце, развивается глубокая сердечная недостаточность в ответ на стресс," сказал старший автор Мукеш Джайн, доктор медицины, Эллери Седжвик-младший. Заведующий, заслуженный ученый и директор Исследовательского института сердечно-сосудистых заболеваний Кейса Медицинской школы Университета Кейс Вестерн Резерв. "В этом последнем исследовании он изучил механизмы, объясняющие, почему сердце так быстро отказало, и сделал захватывающее наблюдение, что KLF4 контролирует основные аспекты биологии митохондрий."
Первоначальный намек на то, что KLF4 регулирует митохондриальную биологию, был получен в результате полногеномных исследований, которые выявили сильную сигнатуру контроля KLF4 митохондриальных генов. Затем Ляо и его коллеги сравнили влияние сердечного стресса на нормальных мышей и на тех, в сердцах которых отсутствует KLF4. Нормальные мыши адаптировались к стрессу и неделями не страдали от сердечной недостаточности. Напротив, половина мышей с дефицитом KLF4 умерли от сердечной недостаточности в течение недели; у остальных наблюдалось серьезное снижение способности сердца сокращаться и перекачивать кровь.
Дальнейшее исследование выявило массивное повреждение митохондрий и снижение энергии. Отсюда исследователи показали, что KLF4 также регулирует митохондриальный биогенез (производство новых митохондрий) и митофагию (восстановление и поддержание митохондрий).
"У митохондрий свой жизненный цикл, и KLF4 контролирует его," Джайн сказал. "Все чаще бытует мнение, что митохондриальная дисфункция является одним из основных факторов многих форм сердечной недостаточности. Сердце испытывает неослабевающую потребность в энергии, и поэтому любая митохондриальная дисфункция ухудшит способность сердца перекачивать кровь."
Помимо изучения роли митохондрий в функциях других органов и систем, исследователи также планируют поиск способов увеличения количества KLF4 в клетках, участвующих в работе сердца. "Если бы мы могли нацелить соединения на усиление KLF4 в определенных тканях, мы могли бы облегчить заболевание," Джайн сказал.