Все мы слышали выражение: «Что тебя не убивает, делает тебя сильнее». Теперь исследование под руководством ученого из Института Солка показывает, почему на клеточном уровне это может быть правдой. Команда сообщает, что кратковременное воздействие стрессоров может быть полезным, побуждая клетку запускать устойчивое производство антиоксидантов, молекул, которые помогают избавиться от токсичных клеточных накоплений, связанных с нормальным метаболизмом.
Исследование, опубликованное в журнале Cell Metabolism 16 августа 2018 года, также показало, что кратковременный стресс в клетках приводит к ремоделированию митохондрий, электростанций клетки, которые с возрастом изнашиваются, поэтому они производят меньше токсичных веществ. побочные продукты. Полученные результаты могут привести к новым подходам к противодействию клеточным эффектам старения и, возможно, даже к увеличению продолжительности жизни.
«Новинка этого исследования заключается в том, что мы создали модель, в которой мы можем отключить выработку антиоксидантов в митохондриях, но обратимым образом», - говорит профессор Солка Джеральд Шейдел, старший автор статьи. «Таким образом, мы смогли вызвать этот стресс для определенных временных промежутков и посмотреть, как реагируют клетки».
В процессе преобразования пищи в химическую энергию митохондрии вырабатывают химическое вещество, называемое супероксидом, которое играет важную роль в клетках, но при накоплении становится токсичным. По этой причине митохондрии также вырабатывают фермент - супероксиддисмутазу, или СОД, - для превращения супероксида в менее токсичную форму.
Шадель хотел узнать, как кратковременный клеточный стресс, вызванный митохондриальным супероксидом в самом начале развития, может повлиять на здоровье в более позднем возрасте. Поэтому он возглавил группу исследователей из Йельской школы медицины и Аппалачского государственного университета в разработке подхода к отключению фермента SOD на короткие периоды времени, чтобы изучить, как клетки и животные реагируют на клеточный стресс накопления токсинов.
В группе генетически идентичных мышей внутриутробно половина с молекулярным «выключателем» СОД испытала кратковременный стресс, когда фермент был деактивирован. После того, как мыши родились и продолжали взрослеть, две группы выглядели очень похожими. Но образцы печени, взятые, когда им было четыре недели, показали поразительно другую картину: у мышей, у которых фермент СОД был кратковременно отключен, чтобы вызвать стресс в митохондриях, был, как ни странно, более высокий уровень антиоксидантов, больше митохондрий и меньшее накопление супероксида, чем у мышей, которые стресса не испытывал. Кроме того, клетки, выращенные в чашках, половина из которых содержала переключатель SOD, показали те же результаты: те, которые испытали короткие периоды стресса, оказались устойчивыми к стрессу и более здоровыми с клеточной точки зрения.
Когда команда проанализировала, какие гены были активированы как в лабораторных чашках, так и в образцах печени всех мышей, они обнаружили неожиданные молекулярные пути в работе в группе SOD, которые перепрограммировали митохондрии для производства меньшего количества токсичных молекул, в то же время повышение антиоксидантной способности клеток.
Работа предполагает, что краткосрочный митохондриальный стресс может привести к долгосрочной адаптации (концепция, называемая «митогормезис»), которая может дольше поддерживать здоровье клеток, предотвращая старение и болезни. Затем Шадель планирует изучить, может ли описанный здесь механизм отсрочить эффекты старения у млекопитающих.
Шадель, заведующая кафедрой биомедицинских наук Одри Гейзель, добавляет: «Мы рады проверить, могут ли уникальные сигнальные пути митогормезиса, которые мы выясним на этой новой мышиной модели, быть нацелены на предотвращение распространенных возрастных заболеваний, таких как рак, болезнь Альцгеймера и болезни сердца."