Revoliucinis mokslininkų eksperimentas: panaikino mitochondrijas ir gavo atsakymą, kaip prisitaiko mūsų kūnai

Tyrimo rezultatai atskleidė naujų žinių apie mitochondrijų vaidmenį ląstelėse ir galimai prisidės prie naujų gydymo būdų kūrimo paveldimoms ligoms, tokioms kaip Leigh ir Kearns-Sayre sindromai.Mitochondrijos yra specializuotos struktūros, esančios beveik visų gyvūnų, augalų ir grybų ląstelėse. Jos išsiskiria tuo, kad turi savo DNR, perduodamą tik motinos linija. 

Manoma, jog mitochondrijos atsirado, kai senovinės bakterijos apsigyveno pirmykštėse ląstelėse, sukurdamos tarpusavio naudą. Ilgą laiką žinoma, kad jos atsakingos už energijos, adenozino trifosfato, gamybą, tačiau pastaruoju metu nustatyta, jog mitochondrijos taip pat dalyvauja ląstelių žūties reguliavime, kamieninių ląstelių specializacijoje, signalų perdavime, senėjimo procesuose ir vystymosi laiko koordinavime.

Mitochondrijų pašalinimas atskleidžia ląstelių prisitaikymą

Tyrimo autoriai, vadovaujami daktaro Jun Wu ir jo kolegos daktaro Daniel Schmitz, pasinaudojo natūraliu procesu, mitofagija, kuris pašalina senstančias ar pažeistas mitochondrijas. Genetiškai modifikuodami ląsteles, jie sukūrė vadinamąją priverstinę mitofagiją, kuri leido visiškai pašalinti mitochondrijas iš žmogaus kamieninių ląstelių. 

Nors šios ląstelės nebegalėjo dalytis, jos vis tiek išliko gyvybingos laboratorinėmis sąlygomis net penkias dienas. Panašūs rezultatai buvo gauti ir su pelių kamieninėmis ląstelėmis bei žmogaus ląstelėmis, turinčiomis paveldimų mitochondrijų DNR mutacijų.

Mokslininkai išanalizavo, kaip mitochondrijų praradimas paveikė branduolio genų veiklą. Jie nustatė, kad 788 genai tapo mažiau aktyvūs, o 1696 buvo aktyvesni. Paaiškėjo, kad ląstelės išlaikė gebėjimą diferencijuotis į kitas rūšis ir iš dalies kompensavo mitochondrijų netektį branduolio koduojamais baltymais.

Skirtingų rūšių mitochondrijų poveikio tyrimai

Tolesni eksperimentai buvo atlikti sujungiant žmogaus kamienines ląsteles su artimiausių primatų giminaičių, šimpanzių, gorilų ir orangutangų, kamieninėmis ląstelėmis. Sudarytos hibridinės ląstelės su dvigubais branduoliais ir abiejų rūšių mitochondrijomis. Pastebėta, kad šios ląstelės automatiškai pašalino ne žmogaus mitochondrijas. Vėliau, naudojant prieš tai sukurtą mitofagijos metodą, mokslininkai sukūrė hibridines ląsteles, kuriose liko tik gyvūnų mitochondrijos, o branduoliai iš abiejų rūšių. Skirtumai tarp jų genų veiklos buvo minimalūs, tačiau kai kurie genai, susiję su smegenų vystymusi ir neurologinėmis ligomis, vis dėlto skyrėsi.

Poveikis embriono vystymuisi

Galiausiai buvo tiriama, kaip mitochondrijų trūkumas veikia viso organizmo vystymąsi. Sumažinus mitochondrijų kiekį pelės embrionuose ir juos implantavus, pastebėta, kad daugiau nei 65 procentų mitochondrijų netekę embrionai neįsitvirtino gimdoje. Tačiau tie, kurie neteko maždaug trečdalio, augo lėčiau, bet iki dvyliktos dienos pasivijo normą.

Šie atradimai atveria naujas galimybes tyrinėti mitochondrijų vaidmenį ne tik ląstelėje, bet ir audinių, organų vystymesi, senėjime ir rūšių evoliucijoje. Mokslininkai planuoja toliau naudoti priverstinę mitofagiją tam, kad geriau suprastų šių sudėtingų organelių įtaką gyvybei.