Исследователи изучают аномальные функции генов в митохондриях, структурах внутри клеток, которые питают нашу жизнь. Митохондрии – это место, где энергия вырабатывается из самых основных молекул пищи. Поскольку эта функция необходима для жизни, дефекты митохондрий могут влиять на широкий спектр систем органов человека и животных.
Некоторые названия митохондриальных нарушений – болезнь Ли, синдром MELAS и дефицит комплекса I. Часто это тяжелые и прогрессирующие состояния, поражающие мозг, мышцы и многие другие части тела.
Митохондриальные заболевания по отдельности очень редки, но, поскольку их существуют сотни, они в совокупности оказывают большое влияние, затрагивая по крайней мере 1 из 5000 человек, а может и больше, которые часто остаются невыявленными. В дополнение к широкому спектру заболеваний, возникающих в самих митохондриях, неисправные митохондрии также способствуют сложным расстройствам, таким как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, эпилепсия и диабет, среди прочих.
Для таких важных биологических субъектов многое остается неизвестным о том, как именно функционируют митохондрии. Новое исследование, опубликованное в августе. 12 в онлайн-журнале PLoS One, проливает свет на митохондриальную биологию.
Используя генную инженерию, исследователи прервали активность отдельных генов, непосредственно участвующих в производстве энергии в митохондриях. "Если мы нарушим работу определенных компонентов системы, что произойдет?" сказал руководитель исследования Марни Дж. Фальк, М.D., который руководит клиникой митохондриально-генетических заболеваний в Детской больнице Филадельфии. "Наша конечная цель – превратить полученные знания в целевые методы лечения, то есть эффективные способы вмешательства. Но сначала нам нужно понять механизмы основного заболевания."
Команда Фалька использовала простой модельный организм, часто изучаемый в биологии, Caenorhabditis elegans, который представляет собой небольшого червя, называемого нематодами. Поскольку митохондрии возникли на очень раннем этапе эволюции и играют такую фундаментальную роль в многоклеточных организмах, изучение деталей того, как митохондрии функционируют в C. elegans дает полезные ключи к пониманию их функции у людей.
Фальк и его коллеги изучили биологический путь, происходящий в митохондриях, который называется дыхательной цепью. Они специально сосредоточились на самом большом компоненте этой цепи, комплексе I, который содержит 45 субъединиц и является наиболее частым виновником митохондриальных заболеваний человека.
Ее команда изучила ядерные гены для 28 различных субъединиц комплекса I, которые очень похожи между людьми и C. elegans, а также два гена, которые помогают собрать субъединицы в функционирующий комплекс. Используя метод, называемый интерференцией РНК, чтобы отключить функцию каждого гена, они смогли определить, как дефекты генов могут способствовать митохондриальным заболеваниям.
Исследовательская группа обнаружила, что одна подгруппа генов нарушает способность митохондрий потреблять кислород, называемую респираторной способностью, в C. elegans. Другая группа влияет на то, как черви реагируют на анестезию. "Некоторые дети с митохондриальным комплексом I гиперчувствительны к анестезии, поэтому это новое понимание может иметь важное значение для их клинического ведения," сказал Фальк.
Поскольку митохондриальные заболевания у людей включают в себя большое количество различных нарушений, имеющих широкий диапазон степени тяжести, понимание различий в вкладе различных генов в дыхательной цепи может помочь исследователям лучше понять, почему дисфункция митохондрий вызывает определенные проблемы у людей. Еще лучше, говорит Фальк, такие исследования указывают на гены, которые могут быть нацелены на потенциальные методы лечения.
Доктор. Команда Фалька продолжает работать над изучением множества различных последствий дисфункции митохондриальной дыхательной цепи на животных моделях и способов лечения самих этих последствий. Эта работа помогает предложить конкретные гены, которые могут быть причиной митохондриальных заболеваний у отдельных пациентов, а также прояснить биологию того, как конкретные гены могут вызывать заболевание. "Такая работа однажды может принести пользу пациентам, указав на конкретные лекарства, которые облегчают вторичные проблемы, возникающие, когда дыхательная цепь не может выполнять свою работу," добавил Фальк.
Источник: Детская больница Филадельфии (новости: в сети)