Введение 0:04 Ольга Борисова представляет благотворительный фонд «Мита Спейс». Лекция посвящена митохондриям: процессы в них и подходы к их регулированию.
Симбиогенез митохондрий 0:24 Митохондрии возникли около двух миллиардов лет назад в результате симбиоза между археями и альфа-протобактериями. Точные причины симбиоза неизвестны, но вряд ли он был связан с повышением концентрации кислорода. Вероятно, обмен метаболитами был основой взаимоотношений.
Роль митохондрий в эволюции 2:07 Митохондрии стали ключом к эволюции сложности организмов. Прокариоты не могли стать многоклеточными из-за дефицита энергии. Появление внутриклеточных митохондрий способствовало разнообразию эукариот.
Структура митохондрий 3:11 Митохондрии — полуавтономные органеллы с двумя мембранами: внешней гладкой и внутренней с кристами. Имеют собственный генетический аппарат в виде кольцевой молекулы ДНК. Циклы репликации ДНК митохондрий не зависят от циклов репликации ядра.
Функции митохондрий 3:50 Энергетическая функция — одна из главных, но не единственная. Митохондрии выполняют сигнальную функцию, синтезируют гем, стероидные гормоны и пурины. Участвуют в апоптозе и метаболизме кальция.
Распределение митохондрий в клетках 5:24 Зрелые эритроциты не содержат митохондрий. Много митохондрий в мышечных клетках, клетках печени, бурой жировой ткани и нейронах. Митохондрии передаются по женской линии, что может быть связано с возникновением двух полов.
Энергетическая функция митохондрий 7:25 Дыхательная цепь расположена во внутренней мембране митохондрии и представляет собой направленный поток электронов. Переносчики электронов в цепи окислительно-восстановительных реакций выделяют энергию. Митчел предложил химиосматическую теорию, объясняющую синтез АТФ.
Мембранный потенциал 9:58 Мембранный потенциал отвечает за синтез АТФ и поступление веществ в клетку. Нарушение мембранного потенциала является маркером качества митохондрий. Энергетический потенциал митохондриальной мембраны составляет около 30 миллионов вольт на метр.
Энергетический обмен и свободные радикалы 11:49 За сутки создаётся около 60–50 кг энергии. Поток электронов в дыхательной цепи не должен прерываться. Утечка электронов приводит к образованию свободных радикалов в первом и третьем комплексах. Антиоксидантная защита включает супероксиддисмутазу и глутатионпероксидазу.
Роль свободных радикалов 12:44 Свободные радикалы служат мессенджерами, сигнализируя о проблемах в системе. Повышение уровня свободных радикалов требует повышения активности антиоксидантной защиты или улучшения изоляции электронно-транспортной цепи.
Антиоксиданты и их ограничения 13:28 Антиоксиданты не всегда эффективны для оптимизации работы системы. Адаптивные резервы могут использоваться, если система не справляется.
Разобщающие белки 13:56 Разобщающие белки позволяют протонам водорода возвращаться в матрикс митохондрий без образования АТФ, но с выделением тепла. Это защищает от гиперполяризации и образования свободных радикалов. Примеры разобщающих белков: YP1 в буром жире и другие в быстроделящихся клетках.
Бурый жир и термогенез 15:49 Бурый жир отвечает за термогенез, сжигание жиров без образования свободных радикалов. У людей бурого жира мало, но есть у младенцев и в области плеч и шеи. Методы стимуляции бурого жира: воздействие холода, капсаицин, высокожировое питание.
Экспериментальные подходы 17:23 Разрабатываются генно-инженерные препараты и методы получения стволовых клеток из белой жировой ткани. Подсадка бурого жира улучшает липидный профиль у мышей. Наночастички могут доставлять активаторы бурого жира в белую ткань.
Разобщение в нейронах 18:52 Разобщение в митохондриях нейронов способствует выходу кальция и увеличению температуры, что необходимо для синоптической передачи.
Повреждения митохондриальной ДНК 19:47 С возрастом накапливаются повреждения митохондриальной ДНК, включая точечные мутации и крупные делеции. Распространённая делеция у людей — 4977.
Теории повреждений митохондрий 19:54 Теория свободно-радикального старения: митохондрии повреждаются из-за свободных радикалов, что приводит к дисфункции. Разработка антиоксидантов не дала ожидаемых результатов. Теория мутаций митохондрий: мутации накапливаются с возрастом, вызывая дисфункцию.
Анализ мутаций митохондриальной ДНК 20:54 Суммарный уровень мутаций в тканях низкий, но в отдельных клетках он значительно варьируется. Теория «войны» между митохондриями и иммунитетом: митохондриальная ДНК с делециями размножается быстрее и меньше подвергается иммунному воздействию.
Окисление субстратов митохондриями 21:44 Митохондрии окисляют жиры и углеводы, образуя ацетил-КоА. При окислении жиров образуется больше энергии, чем при окислении углеводов. Существует конкуренция между окислением жиров и углеводов.
Влияние инсулина на окисление субстратов 23:38 Инсулин способствует проникновению глюкозы в клетки, нарушая окисление жиров. Высокий уровень инсулина приводит к накоплению жиров и инсулинорезистентности.
Влияние сахаров на окисление жиров 24:57 Фруктоза хуже влияет на окисление жиров по сравнению с глюкозой. Высокожировая диета с фруктозой увеличивает риск жирового гепатоза.
Уровни инсулинорезистентности 25:36 Периферический уровень инсулинорезистентности связан с конкуренцией субстратов. Другие уровни инсулинорезистентности: бета-клетки поджелудочной железы и гипоталамус.
Митохондрии в нейронах 26:34 Нейроны мозга могут окислять смесь субстратов, включая жирные кислоты и кетоновые тела. Астроциты играют ключевую роль в обеспечении нейронов энергией. Кетоновые тела улучшают синоптическую пластичность и биогенез митохондрий.
Роль жиров в нервной системе 28:01 Жиры выполняют важные функции для функционирования нервной системы. Переключение между жирами и глюкозой улучшает когнитивные функции и устойчивость к нейрональной дегенерации.
Биогенез митохондрий 28:55 Митохондрии образуют сложные сети внутри клеток и находятся в циклах деления и слияния. Процесс деления и слияния регулируется определёнными белками. Аномальные митохондрии удаляются через метафагию.
Биоэнергетическая адаптация митохондрий 29:52 Баланс между делением и слиянием митохондрий важен для биоэнергетической адаптации. При голодании митохондрии сливаются для повышения биоэнергетической эффективности. При избытке питательных веществ митохондрии делятся, чтобы избежать образования свободных радикалов.
Симбиогенетическая теория митохондрий 31:36 Митохондрии могут защищаться от метафагии путём слияния. Динамика митохондрий влияет на выработку инсулина и регуляцию энергозатрат. Митохондрии выступают сенсорами питательных веществ.
Нарушение динамики митохондрий 33:59 Нарушение баланса между делением и слиянием митохондрий приводит к нарушению метафагии. Фрагментация митохондрий наблюдается при ожирении, диабете и старении. Избыточное удлинение митохондрий в апоптозных клетках стимулирует развитие апоптоза.
Липидный состав митохондрий 35:45 Кардиолипин в внутренней мембране митохондрий повышает эффективность электрон-транспортной цепи. Окисление кардиолипина приводит к изменению его жирнокислотного состава при старении. Кардиолипин участвует в сборке суперкомплексов и процессах метафагии.
Митохондрии и стерильное воспаление 37:18 Митохондрии играют важную роль в стерильном воспалении, стимулируя воспалительный ответ через выделение митохондриальной ДНК и кардиолипина. Повреждение митохондрий является триггером стерильного воспаления и аутоиммунных реакций.
Терапия стволовыми клетками и митохондриальная ДНК 38:44 Мутации митохондриальной ДНК могут вызывать отторжение пересаженных стволовых клеток. Неантигены, возникающие из-за мутаций митохондриальной ДНК, приводят к воспалению.
Контроль качества митохондрий 39:19 Нарушение контроля качества митохондрий приводит к преждевременному старению и аутоиммунным заболеваниям. Система контроля включает слияние митохондрий, их выщепление и метафагию. Метафагия — процесс утилизации старых митохондрий.
Базальная метафагия 40:17 Базальная метафагия происходит в сердце, нервной системе, печени, почках и скелетных мышцах. Белок PINK пытается проникнуть в здоровую митохондрию, но накапливается в повреждённой. Убиквитинилирование повреждённой митохондрии приводит к её утилизации.
Нарушение метафагии и старение 41:13 Нарушение метафагии связано с болезнью Паркинсона и старением. Теория нарушения метафагии связана с процессом S-нитрозилирования белков. В старых клетках нарушается экспрессия S-нитрозаглутатионредуктазы, что приводит к избыточному нитрозилированию белков и нарушению метафагии.
Природный трансфер митохондрий 42:08 Клетки могут передавать митохондрии другим клеткам. Трансфер митохондрий происходит через туннельные нанотрубочки или мембранные пузырьки. Этот процесс помогает восстановить уровень дыхания и биоэнергетику клеток.
Митохондрии в стволовых клетках 43:30 В стволовых клетках митохондрии находятся в зачаточном состоянии и зависят от гликолиза. Асимметричное распределение митохондрий связано с мембранным потенциалом. При перепрограммировании стволовых клеток форма митохондрий меняется.
Роль митохондрий при старении 45:24 Снижение биоэнергетической ёмкости клетки приводит к нарушению многих процессов. Митохондрии играют важную роль в истощении пула стволовых клеток. Хроническое воспаление и метаболические нарушения связаны с митохондриями. Нарушения в метаболизме кальция и неврологические нарушения также связаны с митохондриями.
