Ők birtokolnak minket?

Az eukarióta sejt szimbiózisra lépett egyes baktériumokkal, amelyek génjeik nagy részét elvesztették vagy átadták a sejtmagnak, és egyetlen, bár nagyon fontos feladatuk az energiaellátás biztosítása, az ATP előállítása lett – ez az elképzelés az elmúlt 1-2 év kutatásainak fényében nem állja meg a helyét. Kiderült, hogy nem passzív energiaellátók, hanem néhány más alapvető életműködést is aktívan befolyásolnak, pl. a memória létrehozását vagy a stressz elleni védelmet, hatást gyakorolnak a sejtmag DNS-ére,  életünk során evolválódnak, hozzásegítve minket a változó környezethez való  alkalmazkodáshoz, írja a New Scientistben Garry Hamilton, majd hozzáteszi: mindezeket tudva nem meglepő, ha úgy érezzük, nem mi birtokoljuk őket, hanem ők minket.

Dinamikus dinamók

A kb. 1 mikrométeres átmérőjű mitokondriumok száma az eukarióta sejtekben eléggé változó - egytől néhány ezerig terjedhet -, függ attól, hogy milyen fajta élőlényről, annak milyen szervéről van szó, illetve hogy milyen fiziológiai állapotban van az illető.

Nem meglepő, hogy alábecsültük az autonómiájukat, hiszen a mitokondriális genom picike: az ember esetében 16.569 bázispár hosszúságú (a sejtmagban 3 milliárdnyi bázishosszúságú a genom). Amikor 1981-ben megszekvenálták, kiderült, hogy a mitokondriális DNS nagyon gazdaságosan van összeszerelve, szinte nincsenek is nem-kódoló régiói. 37 gént találtak benne, amiből 13 az ATP előállításában részt vevő fehérjéket kódol; az ATP szintéziséhez más fehérjékre is szükség van, nem csak erre a 13-ra, a többit a sejtmag kódolja.

Eddig úgy gondoltuk, hogy fogságba esett rabszolgák, amelyek a gazdaszervezet energiaigényét passzívan elégítik ki, nyilatkozta a New Scientistnek Changhan Lee, a University of Southern California gerontológus professzora, hozzátéve: mára azonban kiderült, korántsem passzívak, pl. változtatják a méretüket; mozognak a sejten belül, bizonyos körülmények között hálózatba szerveződnek, és kicserélik a tartalmukat, mielőtt újra felvennék a pálcika-szerű alakot; sokszorozódnak, ha nagyobb az energiaigény; ha megsérülnek, beindítják saját pusztulásukat. Egérneuronokban fedezték fel, hogy a sejtben a mitokondriumok a szinapszisokhoz tudnak vándorolni, ami serkenti az impulzusátvitelt. A feledékeny majmokban a munkamemóriáért felelős idegsejtekben kevesebb mitokondrium van a szinapszisok körül.

A fiatalság forrásai?

Azt már az 1990-es évek közepén felfedezték – ez volt az első jele, hogy a mitokondriumok nem pusztán energiaelőállító gépek –, hogy az ATP szintézise során használatos fehérjéknek alapvető a szerepük az öregedésben.

Az ATP szintézise közben felszabaduló szabadgyökökről a közelmúltig azt hittük, hogy károsak: ezek okozzák a sejt elhasználódását. Ma már tudjuk, hogy ez csak részben igaz: segítik pl. az őssejteket a specializálódásban vagy serkentik az immunrendszert a vírusok elleni küzdelemben, sőt a kalóriamegvonás élethosszabbító szerepe is azáltal jön létre, hogy hatására erősödik a mitokondriális aktivitás, és több szabadgyök képződik. Ez a testedzés hatásmechanizmusa is: a megnövekedett energiaigény növeli a mitokondriális aktivitást, és így már érthető az is, hogy miért káros a túl sok szabadgyökfogó antioxidáns fogyasztása.

Májusban közölte a Science a Harvard University kutatóinak, Amy Wagers-nek és munkatársainak eredményeit (Restoring Systemic GDF11 Levels Reverses Age-Related Dysfunction in Mouse Skeletal Muscle), miszerint a mitokondriumok megújulását előidéző GDF11 (növekedést differenciáló faktor, growth differentation factor)-kezelés hatására az öreg kísérleti állatok vázizmai megfiatalodnak, visszanyerik erejüket és állóképességüket (azt már korábban bebizonyították, hogy a GDF11-nek fiatalító hatása van a szívizomra, illetve az is kiderült, hogy az agysejtekre is). Azaz kiderült, hogy a 19. századi technika: az öregek megfiatalítása fiatalokból származó vér átömlesztésével valóban működik, és annak hatásmechanizmusa a fiatalok vérében lévő GDF11 mitokondriumokra gyakorolt hatása.

Mark Tarnopolsky és kollégái a kanadai McMaster University-n pedig azt mutatták ki, hogy olyan egerek, amelyek a mitokondriumaikban található sok mutáció miatt gyorsabban öregednek a szokásosnál, heti háromszor 45 perces fizikai tréninggel meg tudják fiatalítani a mitokondriumaikat, és el tudják kerülni a korai öregedést (PNAS, Endurance exercise rescues progeroid aging and induces systemic mitochondrial rejuvenation in mtDNA mutator mice).

Védelem betegségek ellen

Más kutatók kiderítették, hogy a mitokondrium előállít a hemoglobin-transzport során használatos hemfehérjéket is, aminek ezen kívül a sejtosztódás szabályozásában is szerepe van. Továbbá kimutatták, hogy a mitokondriumok az igen sokféle funkcióban szereplő kalcium sejten belüli elosztását is kontrollálják, a gonádokban részt vesznek a szteroidszintézisben, a májban az ammónia méregtelenítésében. De mind közül talán a legérdekesebb újonnan felfedezett mitokondriális funkció egy különleges biomolekula, a humanin előállítása, írja a New Scientistben Garry Hamilton. Az egy évtizede felfedezett peptid véd az Alzheimer-kór ellen: megakadályozza, hogy a béta-amiloid elpusztítsa a neuronokat, ezen kívül növeli az inzulin iránti érzékenységet, csökkenti az ateroszklerotikus plakkokat (Pinchas Cohen és munkatársai, University of Southern California, Humanin: a harbinger of mitochondrial-derived peptides?, Trends in Endocronology and Metabolism).

Mikromenedzserek

A University of Nevada kutatói, Wei Yan és munkatársai pedig arra jöttek rá, hogy a mitokondriális DNS ezrével állítja elő a nem-kódoló RNS-molekulákat, amelyek a sejtmagba jutva befolyásolják a sejtmagi DNS expresszálódását (Cell Research, The mitochondrial genome encodes abundant small noncoding RNAs).

A mitokondriumban nincs olyan hatékony DNS-javító mechanizmus, mint a sejtmagban – azonban ma már ezt is előnyként kezdik elkönyvelni, és úgy vélik (pl. William Ballard, az ausztráliai University of New South Wales genetika professzora), hogy a mitokondriális DNS nagy változóképessége az evolúciós adaptáció fontos eszköze: sokkal gyorsabb alkalmazkodást tesz lehetővé, mint a konzervatív sejtmagi DNS, nemcsak generációk múltával, de akár egy-egy egyed életén belül is (Scott Williams és munkatársai, Vanderbilt University: Recurrent Tissue-Specific mtDNA Mutations Are Common in Humans, PloS Genetics).

Mindez azt bizonyítja, hogy a mitokondrium szerepe nagyságrendekkel több, mint az energiaelőállítás, nyomatékosítja Pinchas Cohen, és hozzáteszi: új paradigma született.