Материнское наследие. Митохондриальные болезни. Атраментова Л.А., доктор биологических наук, профессор Утевская О.М., кандидат биологических наук, доцент.
Кафедра генетики и цитологии, Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина.
В последнее время все чаще можно услышать о митохондриальных болезнях. Что же представляют собой эти тяжелые наследственные заболевания? Как следует из названия, это болезни, вызванные дефектами митохондрий - органелл, находящихся в цитоплазме клеток. В одной клетке у человека может присутствовать до 1000 этих внутриклеточных структур. Основная функция митохондрий - выработка и запасание энергии. На наших внутриклеточных "энергетических станциях" работают более 80 ферментов, которые перерабатывают поступающее из цитоплазмы "сырье" - продукты клеточного обмена веществ, а выделяющуюся при этом энергию запасают в форме молекул АТФ. В дальнейшем запасённая таким образом энергия преобразуется: в мышечных клетках - в механическую энергию, в нервных - в биоэлектрическую, в клетках канальцевого эпителия почек - в энергию активного транспорта и т. д.
Дефект любого из ферментов митохондрий нарушает слаженную работу всей "энергетической станции". При этом в первую очередь страдают наиболее энергозависимые ткани и органы - центральная нервная система, скелетные и сердечная мышцы, почки, печень, эндокринные железы. На фоне хронического дефицита энергии в них рано или поздно возникают патологические изменения и развиваются заболевания, которые получили название митохондриальных. Современной медицине известно около 50 таких болезней. В их клинике встречается самая различная патология, но доминируют поражения центральной нервной системы и мышечной ткани. Симптомами, типичными для митохондриальных заболеваний, являются мышечные боли, слабость и атрофия мускулатуры, непереносимость физических нагрузок, птоз, полинейропатия, судороги, отсутствие рефлексов, атрофия зрительного нерва, нейросенсорная тугоухость, мигрени, летаргические состояния, изменения психомоторного развития, олигофрения и деменция.
Характерные особенности проявления и наследования митохондриальных заболеваний во многом обусловлены уникальностью митохондрий как клеточных структур. Митохондрии внутри клеток ведут себя полуавтономно - они имеют собственную ДНК, делятся, синтезируют собственные белки. Существует точка зрения, что митохондрии - это древние внутриклеточные симбионты. Эти органеллы не всегда присутствовали в клетках. Когда-то, еще на заре эволюции, их предшественники - бактерии с эффективным способом кислородного дыхания - были поглощены более крупными клетками, но не переварены ими, а каким-то образом вовлечены в процесс добывания энергии. Свои услуги они предоставляли не бескорыстно, а в обмен на защиту и пропитание. За несколько миллиардов лет эволюции сформировался прочный союз, и сейчас бывшие бактерии - митохондрии - являются неотъемлемой частью эукариотической клетки. Их обмен веществ так тесно переплетен, что ни митохондрии, ни клетки не могут существовать отдельно друг от друга. Все, что осталось от былой независимости митохондрий - это собственный геном со своим генетическим кодом, не таким, как в ядре, а похожим на код бактерий.
Объём митохондриального генома невелик,
у человека он содержит от 1 до 8 копий небольшой кольцевой молекулы ДНК. Каждая из этих митохондриальных хромосом кодирует 13 белков - ферментов, ответственных за синтез АТФ, а также рибосомальные и транспортные РНК, участвующие в митохондриальном синтезе белка. Большая часть белков митохондрий (около 70) кодируется генами ядерной ДНК, которая таким образом контролирует работу этих "независимых" органелл, осуществляя централизованную регуляцию их функций в соответствии с энергетическими потребностями всей клетки.
Мутации, нарушающие функции митохондрий, могут происходить как в митохондриальном, так и в ядерном геномах, но большинство дефектов, приводящих к развитию митохондриальной патологии, возникает в генах самих митохондрий. Эти органеллы являются своеобразной зоной повышенного мутационного риска: интенсивно протекающие в них окислительно-восстановительные процессы с избытком поставляют свободные радикалы, повреждающие ДНК. Митохондриальная ДНК, в отличие от ядерной, не защищена белками-гистонами, а древние, доставшиеся от бактериеподобных предков, механизмы репарации её повреждений несовершенны. Поэтому в митохондриальной ДНК мутации накапливаются в 10-20 раз быстрее, чем в ядерной ДНК.
И последнее, что хочется сказать о митохондриях. Накопление мутаций в митохондриальной ДНК рассматривается учёными как один из основных факторов нейродегенеративных заболеваний и старения. Считается, что, предотвращая эти мутации, можно будет увеличить продолжительность жизни. Возможно, изучая митохондрии, современная наука вплотную приблизилась к пониманию механизмов старения и решению проблемы долголетия...
