Ученые придумали эксперимент, проверяющий способность активных форм кислорода из митохондрий повредить ДНК в ядре. Повреждения в митохондриях привели к тому, что клетка перестала делиться, а теломеры хромосом оказались повреждены. При этом другие участки ДНК остались без повреждений. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Хромосомы с окрашеными розовым теломерами

Митохондрии занимаются выработкой энергии для наших клеток и при работе выделяют опасные «отходы». Самые известные из них — активные формы кислорода (АФК), и их «утечка» из митохондрий может оказаться опасной для клетки. АФК как следует из названия легко вступают в реакции и в частности могут повредить ДНК. Однако тот факт, что АФК при аварии в митохондриях может просочиться наружу через их мембраны, преодолеть мембрану отделяющую ядро клетки от цитоплазмы и повредить ДНК еще не удавалось зафиксировать напрямую, хотя косвенных свидетельств тому накопилось достаточно.

В лаборатории Беннета ван Хаутена в Питтсбургском университете придумали эксперимент, который бы позволил бы наглядно продемонстрировать эффект от утечки активного кислорода из митохондрий. Для этого они использовали культуру клеток с модифицированными митохондриями. В них встроили фоточувствительную систему, которая в присутствии вещества-включателя и облучении светом начитала вырабатывать короткоживущие АФК в матриксе митохондрий.

Спустя четыре часа после начала эксперимента, то есть после того, как клетки были инкубированы с «включателем» и облучены светом, исследователи обнаружили признаки того, что с митохондриями что-то не так: по сравнению со всеми тремя контролями (только облучение светом, только инкубация с веществом-включателем или совсем ничего) клетки начали потреблять меньше кислорода. Предположительно, дальше отравление активным кислородом должно было привести к появлению дыр в мембране митохондрий, потере заряда на них, выпуску цитохрома с и смерти клетки. 24 часа спустя исследователи действительно обнаружили, что митохондрии фрагментированы, а их ДНК серьезно повреждена — примерно на каждые двенадцать с половиной тысяч пар нуклеотидов приходилось по одному повреждению.

Вопреки ожиданиям ученых, выброс АФК не привел клеточной смерти ни за одни сутки, ни за двое: клетки просто замедлили свой рост и перестали делиться. Более того, анализ методом ДНК-комет показал, что ядерная ДНК в клетках цела и на ней нет ни одноцепочечных, ни двухцепочечных разрывов. Ввиду такого количества АФК в клетке это было необычно, и дополнительная проверка всё-таки нашла места повреждения. Оказалось, что они не распределены по ДНК равномерно, а сконцентрированы на теломерах — хвостиках хромосом. По данным других исследований эти участки восприимчивее остальной ДНК к повреждениям перекисью водорода, в которую быстро превращался активный кислород из митохондрий. К концу второго дня эксперимента многие теломеры оказались повреждены или совсем разрушены.

Источник: N+1