Старение — биологический процесс, характеризующийся общим и прогрессивным спадом физиологических функций. Конечно, все мы понимаем, что этот процесс неизбежен, но все хотим, чтобы старость наступила как можно позднее. И хотя благодаря достижениям современной медицины продолжительность жизни человека уже сильно увеличилась, множество исследователей со всего мира работают над тем, чтобы не только продлить жизнь человека, но и улучшить ее качество в преклонном возрасте. Ученые ИТЭБ РАН из Подмосковного Пущино исследовали процесс старения на внутриклеточном уровне и обнаружили новый механизм замедления развития этого процесса в митохондриях. Результаты этой работы опубликованы в январском номере журнала Biochimica et Biophysica Acta.

Давно известно, что процессы старения связаны с нарушением функций митохондрий («энергетических станций клеток»). Кроме старения, повреждение митохондрий наблюдается при ишемии/реперфузии, септическом шоке и при развитии таких нейродегенеративных заболеваний, как болезни Паркинсона и Альцгеймера. В процессе старения митохондрии, в связи с нарушением деятельности ферментов дыхательной цепи, а также по ряду других причин, начинают генерировать большое количество активных форм кислорода. При их накоплении развивается окислительный стресс. При этом происходит перегрузка их внутреннего пространства ионами Са2+, из-за чего митохондрии разрушаются. Дело в том, что в таких условиях увеличивается проницаемость внутренней мембраны и формируется митохондриальная неспецифическая пора (mitochondrial permeability transition pore — мPTP), и Са2+ выходит наружу. В свою очередь, из-за этого происходит падение мембранного потенциала, набухание митохондрий. Митохондрия перестает выполнять свои функции, нарушается производство АТФ — универсального источника энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. В результате разрушения внешней митохондриальной мембраны высвобождается цитохром С. Когда цитохром С связан с мембраной, он является необходимым компонентом дыхательной цепи. При освобождении из мембраны этот белок активирует апоптоз — программируемую гибель клеток.

Защитить клетки от губительного влияния активных форм кислорода могут антиоксиданты — вещества, которые подавляют окислительный стресс и таким образом уменьшают связанное со старением разрушение митохондрий и повреждение клеток.

Ученые Института Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН в своей работе изучают воздействие на митохондрии эффективного природного антиоксиданта — мелатонина. Это нейроэндокринный гормон, отвечающий за суточные ритмы организма. Главный источник мелатонина — это эпифиз, но в последнее время появились данные о том, что и другие органы способны его вырабатывать. Это вещество, как обнаружили исследователи, способно предотвращать открытие мPTP в митохондриях, выделенных из печени, сердца и мозга крыс. При старении содержание мелатонина в организме резко уменьшается, в то же время снижается пороговая концентрация ионов Са2+, достаточная для открытия мPTP, что и приводит к нарушению функционального состояния митохондрий и выхода в цитозоль цитохрома с, вызывающего гибель клеток.

-В наших экспериментах на митохондриях, выделенных из печени крыс, мы показали, что длительный прием мелатонина способствует повышению критической для открытия мPTP –поры концентрации Са2+, у животных разных возрастных групп, — рассказывают старшие научные сотрудники лаборатории фармакологической регуляции клеточной резистентности ИТЭБ РАН Ольга Крестинина, Юлия Бабурина и Ирина Одинокова — при этом выход цитохрома С заметно снижается. Также мы обнаружили, что сдерживающее влияние мелатонина на открытие митохондриальной поры связано с тем, что он сохраняет внутри митохондрии 2’,3’-циклонуклеотид-3’-фосфодиэстеразу (CNPаза). CNPаза гидролизует молекулы циклического аденозинмонофосфата (2’,3’-цАМФ), который образуется в клетке при повреждениях в результате деградации РНК, до 2’-монофосфата и далее до аденозина. Накопление 2’,3’-цАМФ внутри митохондрии также приводит к понижению пороговой концентрации Са2+, что в конечном итоге, вызывает гибель клеток. При старении уровень CNPазы снижается. Длительный прием мелатонина даже у старых животных способствует сохранению CNPазы в митохондриях, препятствует открытию мPTP и таким образом улучшает функции митохондрий.

Рисунок демонстрирует эффект защиты неспецифиче...

Рисунок демонстрирует эффект защиты неспецифической поры во внутримитохондриальной мембране (мPTP) от процессов, связанных со старением с помощью воздействия мелатонина через удержание во внутримитохондриальном пространстве цАМФ-фосфодиэстеразы. Рисунок предоставлен авторами статьи.

Эта работа пущинских ученых всего лишь небольшая часть проекта, направленного на разработку препаратов адресного воздействия на митохондриальные поры и каналы для лечения заболеваний сердца, печени и терапии рака, а также для применения этих веществ для повышения устойчивости организма человека к стрессовым и возрастным воздействиям.

Работа поддержана грантом РФФИ и грантом Правительства Российской федерации.

Источник: Y.Baburina, I.Odinokova, T.Azarashvili, V.Akatov, J.J. Lemasters, O. Krestinina

2′,3′-Cyclic nucleotide 3′-phosphodiesterase as a messenger of protection of the mitochondrial function during melatonin treatment in aging. BBA-Biomembranes, 2017, V. 1859, P.94–103

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005273616303601

Материал к печати подготовила пресс-секретарь ИТЭБ РАН Татьяна Перевязова:

Пресс-центр ИТЭБ РАН: http://web.iteb.psn.ru/press-release.htm