Абсолютно чужі один одному гени мітохондрій і гени ядра, зустрівшись в одній клітці, викликають в ній невеликий стрес, від якого, втім, організму одна тільки користь.
Майже всі людські гени, а їх кількістю понад 20 тисяч, записані в ДНК, що знаходиться в клітинному ядрі. І зовсім небагато, всього 37, зберігаються не в ядрі, а в мітохондріях - органелах клітини, що плавають в цитоплазмі. Завдання мітохондрій - забезпечувати організм енергією, видобуваючи її з «поживних» молекул за допомогою цілої системи біохімічних реакцій.
Ці реакції виконують білки, частина яких закодована саме в мітохондріальному геномі. (До речі, свого часу саме наявність у мітохондрій власної ДНК лягла в основу гіпотези, що вони в минулому були самостійними одноклітинними організмами, які зуміли знайти спільну мову з тими, хто їх їв, і стали їх симбіонтами.)
І ядерна ДНК, і мітохондріальна схильні до мутацій, причому ДНК мітохондрій вважається більш мінливою. Дефекти в ній можуть призводити до специфічних синдромів, які так і називають - мітохондріальними захворюваннями. З іншого боку, враховуючи надважливу роль мітохондрій у нашому житті, мутації, що накопичуються, можуть порушувати обмін речовин і тим самим вносити свій внесок у «звичайні», немітохондріальні хвороби. Однак загалом вважається, що основна маса генетичних змін у мітохондріях ніяк себе не проявляє. Тобто відмінностей у послідовності ДНК в мітохондріях різних клітин (і навіть у мітохондріях всередині однієї клітини) може бути маса, але ніяких фізіологічних наслідків від них не відбувається.
З часом біологи стали усвідомлювати, що все не зовсім так, тобто фізіологічні ефекти, що виникають через мітохондріальні мутації, нехай і невеликі, але є. І ось дослідники з іспанського Національного центру серця вирішили в цілому оцінити, наскільки особливості геному мітохондрій впливають на організм. Як відомо, ці органели успадковуються тільки по материнській лінії: у клітинах дорослого організму і у нас, і у мишей є тільки ті мітохондрії, предки яких знаходилися в яйцеклітині. Що стосується ядерної ДНК, то ми всі добре пам'ятаємо, що половину хромосом ми отримуємо від матері, половину - від батька. Як перевірити вплив мітохондріального геному на життя індивідуума? Потрібно зробити так, щоб мітохондріальний і ядерний геноми були цілком від різних предків.
Щоб досягти такого результату, Хозе Антоніо Енрікес (Jose Antonio Enriquez) з колегами схрещували самок мишей однієї лінії з самцями іншої лінії, отримане потомство знову схрещували з самцями тієї ж лінії, і т. д. Поступово гени самцової лінії витісняли у гібридів гени пра-пра-пра-бабусь, і через 20 поколінь такого схрещування на руках у дослідників були миші, у яких ДНК в ядрах клітин була тільки пра-пра-пра-дідусина. Але мітохондрії, як ми щойно сказали, успадковуються по материнській лінії, тобто мітохондріальний геном у тварин був пра-пра-пра-бабусин. Два геноми в клітці були чужими один одному, так як у генів мітохондрій в ядрі не було ніяких «знайомих» від самок-прабатьківниць.
Самі миші від такої ситуації тільки виграли. У статті в Nature йдеться, що тварини з різнорідними геномами в середньому жили довше (хоча максимальний термін життя залишився приблизно таким же, як у звичайних мишей), у них рідше з'являлися злоякісні пухлини, рівень холестерину в крові залишався стабільним, яєчники з віком краще зберігалися - загалом, тварини відчували себе краще і рідше хворіли в старості. Але найголовніший сюрприз був у тому, що рівень кисневих радикалів у них - принаймні, в молодості - виявлявся вищим, ніж у звичайних мишей.
Кисневими радикалами називають досить агресивний різновид молекул-окислювачів, здатних псувати ДНК і білки. Основним їхнім джерелом вважаються мітохондрії, у яких такі радикали виникають як неминучий побічний продукт енергетичних реакцій. Досить довго вважалося, та й зараз багато хто думає так само, що старіння і вікові хвороби виникають через кисневі радикали, які вийшли з-під контролю, коли клітина вже не може стримувати окислювальний стрес. Однак нові дані такої точки зору, як бачимо, дещо суперечать. Самі автори роботи вважають, що тут має місце гормеза - так називають фізіологічне явище, коли помірна дія стресорних факторів йде організму на користь, стимулюючи якісь внутрішні резерви. У даному випадку виходить, що трохи окислювального стресу на якомусь етапі життя - це навіть добре.
Що до молекулярних механізмів, то тут поки з повною впевненістю говорити ні про що не можна, але можна припустити, що певну роль відіграє нестиковка між різними частинами мітохондріальних білкових комплексів. Мітохондрії, як ми говорили вище, буквально напхані різними ферментами, об'єднаними в складні надмолекулярні структури, і, хоча частина ферментів кодується генами мітохондрій, інша кодується генами ядра. Цілком можливо, що коли зустрічаються білки з зовсім нерідних один одному мітохондріального і ядерного геномів, між ними виникають якісь тертя, які виливаються в невеликий корисний стрес. Тому ми і взяли на себе сміливість сказати в заголовку про «геномні розбіжності», однак, повторимо, що за розбіжності і як саме вони працюють, належить з'ясувати в подальших дослідженнях.
За матеріалами MedicalXpress.