В эпическом сериале «Звездные войны» загадочное энергетическое поле, известное просто как Сила, передавалось микроскопическими эндосимбионтами, известными как мидихлорианы. Их аналоги в реальном мире, митохондрии, все чаще рассматриваются как основные игроки почти во всех важных функциях клетки. В своей популярной книге 2005 года «Сила, секс, самоубийство: митохондрии и смысл жизни» Ник Лейн установил, что необходимость исправления генетических ошибок в митохондриях во многом противоречит их, казалось бы, неиссякаемой одержимости делением, слиянием и апоптозом. В статье, только что опубликованной в Journal of Cell Science группой из Эстонии, были применены методы автоматического отслеживания, чтобы определить реальные цифры всей этой митохондриальной суеты и маневров, и дает нам некоторое представление о том, что может происходить внутри клетки.
Митохондрии ведут то, что можно было бы описать как среднюю жизнь в большинстве клеток, обеспечивая энергию местного происхождения и другие продукты или просто слоняясь вокруг буферизации кальция. Только в пределах уникальной морфологии нейронов полная сложность их операций проявляется в полной мере. Непрерывно перемещаясь по закоулкам этой скульптурной липидной фермы, митохондрии останавливаются только для того, чтобы слиться, разделиться или полностью выйти из игры, подключившись к лизосомам. Новое исследование не является случайным, но показывает, что эти действия следуют сбалансированным циклам, причем расщепление предсказуемо следует за термоядерным синтезом, когда того требуют условия. Свою роль играют белковые рукопожатия, локальные молекулярные посредники в этих событиях, но доминирующими факторами являются статистические данные о размере, положении и подвижности митохондрий.
Основные выводы статьи можно свести к нескольким простым аксиомам. Вероятность деления определяется длиной митохондрий, а вероятность слияния – подвижностью. Синтез и деление циклически связаны и управляются изменениями длины. На молекулярном уровне также было показано, что нарушение подвижности за счет сверхэкспрессии белков Tau или 102Q Htt (Хантингтин) подавляет слияние и приводит к укорочению. Точно так же увеличение подвижности за счет сверхэкспрессии Miro-1 восстанавливает скорость слияния и размер.
Митохондрии часто встречаются внутри аксонов, ширина которых едва достаточна для их размещения. Затем они могут пойти своим путем без цикла термоядерного синтеза / деления, что немного усложнит обнаружение фактического термоядерного синтеза. Чтобы сделать эту идентификацию точной, исследователи пометили митохондрии митохондриями мито-кикумэ-зеленым, который можно фотактивировать с помощью лазера до митохондрий-кикумэ-красного. Когда красная и зеленая митохондрии сливаются и обмениваются материалом матрицы, они становятся желтыми в течение примерно 10 секунд и поэтому легко обнаруживаются.
Исследователи работали как с культивированными кортикальными, так и с зернистыми клетками мозжечка. Им удалось отследить 42 митохондриальные семьи до момента слияния одной из дочерей. Кроме того, было отслежено 30 семей до второго слияния. Они обнаружили, что средняя длина дочери, претерпевающей второе деление, более чем в два раза превышает длину ее неделящегося близнеца. Скорость термоядерного синтеза в целом очень близко соответствовала скорости деления. В корковых нейронах эти показатели были около 0.046 событий / митохондрий / мин, в то время как в нейронах гранул мозжечка частота была немного выше.
Средний интервал времени между синтезом и делением составлял 4.7 мин, что значительно меньше интервала между делением и следующим слиянием, 15.3 мин. Таким образом, продолжительность всего цикла составляла примерно 20 минут. Следует отметить, что этот анализ применялся только к активной субпопуляции митохондрий, что может объяснить, почему найденная здесь продолжительность цикла была короче, чем рассчитанная из скоростей слияния или деления всей популяции митохондрий, которая была ближе к 40 мин.
Приведенные выше данные дают нам некоторое представление о том, насколько динамичны эти органеллы. Ранее было замечено, что мутантный Хантингтин изменяет баланс между делением и слиянием, и что это вероятная причина нервного повреждения. Также было показано, что мутантный Хантингтин вызывает фрагментацию митохондрий. Другие заболевания, такие как атрофия зрительного нерва и тип 2А Шарко-Мари-Тута, были связаны с нарушением динамики синтеза-деления. Дальнейшие исследования, которые позволят более пристально изучить других молекулярных игроков, участвующих в различных митохондриальных действиях, переориентируют многие усилия по борьбе с болезнями на эти замечательные органеллы.