Болезни митохондрий: когда клетки организма подают сигнал SOS

Митохондриальные заболевания – одна из самых малоизученных групп болезней, которая состоит из сотен заболеваний с очень разными характеристиками. Симптомы могут быть совершенно непохожими даже у пациентов с одинаковой генной мутацией. Каков же основной механизм таких патологий и есть ли надежда на излечение?

Митохондрии являются клеточными компонентами, которые дают энергию, необходимую для жизни. Именно благодаря митохондриям пища, которую мы едим, превращается в энергию, которую используют клетки. Дисфункция в этой производственной цепочке влечет за собой ряд серьезных проблем.

Митохондриальные заболевания и связанные с ними отклонения проявляются множеством симптомов и приводят к разнообразным нарушениям. Общим для всех митохондриальных заболеваний являются дисфункциональные митохондрии в клетках.

«Мы обнаружили сотни генных мутаций, лежащих в основе этих заболеваний, как в ядерном геноме, так и в собственной митохондриальной ДНК. Однако заболевание может проявляться по-разному даже у пациентов с одинаковой генетической ошибкой. Один человек может страдать от серьезного расстройства головного мозга с детства, в то время как у другого во взрослом возрасте проявляется заболевание сердца», – говорит профессор Ану Вартиоваара из Хельсинкского университета, изучающая митохондриальные заболевания с начала 1990-х годов.

Еще одна группа ученых из Хельсинкского университета во главе с Уве Рихтером, при участии Тао Пана из Чикагского университета, в лаборатории доктора Брендана Баттерсби в институте биотехнологии впервые исследовала метильные модификации всех митохондриальных тРНК у пациентов, страдающих одной из наиболее распространенных наследственных мутаций митохондриальной тРНК – MERRF (миоклонус эпилепсия с «рваными красными волокнами»). Анализ показал, что количественные изменения в содержании тРНК и модификациях метила оказали существенное влияние на синтез белка в митохондриях. Восстановив модификацию, группа смогла определить конкретные роли для синтеза, а также стабильность митохондриальных белков. В совокупности отчет проливает свет на молекулярный механизм развития митохондриальных нарушений у человека.

Стоит ли изучать?

Ану Вартиоваара абсолютно уверена, что митохондрии стоит изучать так же тщательно, как и заболевания сердца, и рак. И действительно – сегодня только в Европе от митохондриальных заболеваний страдают тысячи пациентов. Но, в отличие от некоторых видов рака, митохондриальные заболевания вовсе не имеют каких-либо методов лечения. 

И все же кое-какие ответы начали появляться. «Мы нашли доказательства того, что определенное митохондриальное заболевание может изменять клеточный метаболизм таким образом, что клетки «воображают», что им якобы не хватает витамина В определенного типа. Давая этот конкретный витамин мышам, мы смогли вылечить у них эту болезнь. В настоящее время мы проводим клинические испытания на людях. Лечение очень простое, но этот вариант никогда бы не пришел нам в голову без десятилетий исследований, без наших адаптированных моделей заболеваний и без детального понимания клеточной физиологии и функций». Иногда на сложные вопросы могут отыскаться простые ответы. Но чтобы их найти, нужны фундаментальные исследования, изучающие клинически важные проблемы.

Спасение в еде

Удивительно, но Ану Вартиоваара все больше приходит к выводу, что спасение от митохондриальных заболеваний вполне может крыться в области питания. «На самом деле эффект от еды вполне логичен. Митохондрии преобразуют пищу, которую мы потребляем, в энергетические и клеточные строительные блоки. Поэтому то, чем мы питаемся, напрямую связано с тем, что поступает в клетки», – отмечает она. Некоторые микроэлементы, такие как витамины и кофакторы, являются мощными регуляторами энергетического обмена. «Но нам нужно точно понимать, какие из них полезны для конкретного заболевания – витамины не так уж и безвредны».

В ходе исследований становится все более очевидным, что питание для людей с митохондриальными заболеваниями может сильно отличаться от меню здорового человека. 

Так, апробированная диета с низким содержанием углеводов на пациентах с ПЭО (прогрессирующая внешняя офтальмоплегия) показала прекрасные результаты в долгосрочной перспективе и привела к выздоровлению, а в некоторых случаях – к увеличению мышечной массы у пациентов. 

Но применять единую диету во всех случаях нельзя. «Если я предлагаю особый режим питания человеку, страдающему митохондриальным заболеванием, то моя рекомендация основана на глубоких молекулярных исследованиях, которые позволяют понять, как именно это вещество изменяет течение метаболического потока при конкретном заболевании. Эти знания не означают, что рекомендация относится ко всем».

В целом, профессор Вартиоваара считает, что будущее данной области – в объединении науки о питании и молекулярной медицины.