Аккуратные митохондрии голого землекопа
Голый землекоп – это безволосый подземный грызун размером с мышь, обитающий в Восточной Африке. Он привлек внимание ученых своей необычной физиологией. Этот грызун живет около 30 лет, тогда как обычная мышь – полтора года. Его старение не отягощено возрастными заболеваниями. Он не страдает от рака, нечувствителен к термическим и химическим ожогам, устойчив к нехватке кислорода и высокой концентрации CO2. Ученые давно задались вопросом, какие особенности метаболизма позволяют этому грызуну долго жить и не болеть. Либо его организм производит меньше агрессивных молекул – активных форм кислорода (АФК), либо у него мощная защита от повреждающих факторов.
Группа российских ученых под руководством В.П. Скулачева из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова в сотрудничестве с учеными из Германии (Институт им. Лейбница по изучению диких животных и животных, содержащихся в зоопарках) и Швейцарии (Лозаннский университет) сделала интересное открытие, которое объясняет феномен долгожительства голых землекопов. Все дело в особом состоянии митохондрий – специальных структур клетки, в которых образуется АТФ.
Клетки часто используют энергию в виде молекулы АТФ. К сожалению, процесс синтеза АТФ несовершенен и сопровождается образованием активных форм кислорода (O2•− и H2O2), которые ускоряют старение. Под действием АФК из митохондрий выходят белки, которые запускают программу гибели клетки. Чтобы это не произошло, в митохондриях есть другие специальные белки – мусорщики, удаляющие АФК. Кроме этого, митохондрии защищают себя, снижая электрохимический потенциал своей внутренней мембраны. Такое явление называется мягкая деполяризация. Происходит это так. Митохондрия окружена двумя мембранами, внешней и внутренней. На внутренней мембране происходит перенос электронов от органических соединений на О2, который сопровождается движением ионов H+ из внутреннего пространства в среду. В результате митохондрия внутри становится более щелочной, а среда, окружающая ее, более кислой. Возникает электрохимический потенциал (градиент) ионов водорода, который используется как аккумулятор энергии для присоединения фосфатной группы к АДФ с образованием АТФ. Если потенциал снижается умеренно, то его достаточно для образования АТФ, но недостаточно для образования АФК.
Объектом исследования послужили митохондрии, полученные из основных органов мышей и голых землекопов разного возраста, включая эмбриональный. Оказалось, что у мышей с возрастом этот мощный антиоксидантный механизм отключается и клетки постоянно отравляются активными формами кислорода. У голых землекопов митохондрии сохраняют эту способность на протяжении всей жизни. Когда ученые измерили окисленные липиды и белки в тканях животных, оказалось, что поврежденных белков у землекопов намного меньше, чем у мышей.
Исследователи считают, что причина уникальности митохондрий кроется в образе жизни грызунов. Африканские красные почвы, в которых обитают землекопы, богаты соединениями железа. Оно накапливается в клетках животного и производит сильный окислитель – гидроксильный радикал в реакции с перекисью водорода. Чтобы выжить в таких условиях, митохондрии должны меньше производить перекиси.
Ученые надеются, что если секрет здорового долголетия голого землекопа будет разгадан, это поможет продлить жизнь человеку.
(PNAS, 2020, 117, 12, 6491–6501)