Один и тот же метаболит по–разному действует на мозг, почки и печень

Новое исследование ученых Московского университета с коллегами из Института белка РАН показало, что разные органы по‑своему реагируют на острое повреждение, связанное с нарушением кровоснабжения и нехваткой метаболических субстратов. Авторы также установили, что фумарат – участник клеточного энергетического обмена – может поддерживать работу митохондрий, но его эффект зависит от типа клеток и условий стресса. Результаты работы, поддержанной поддержано Российским научным фондом, опубликованы в журнале Biocell. Статья вынесена на обложку выпуска.

В состав коллектива вошли ученые Научно-исследовательского института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского (НИИФХБ) МГУ, факультета биоинженерии и биоинформатики и биологического факультета МГУ.

«Работа посвящена активно изучаемой проблеме современной биомедицины: что именно происходит с клетками, когда ткани оказываются в состоянии “энергетического голода”. Такая ситуация возникает при ишемии – состоянии, связанном с резким ухудшением кровоснабжения, – когда клетки недополучают не только кислород, но и вещества, необходимые для выработки энергии», – рассказывает старший научный сотрудник лаборатории структуры и функции митохондрий НИИ физико-химической биологии А.Н. Белозерского МГУ Надежда Андрианова.

В центре этой истории находятся митохондрии — клеточные структуры, которые часто называют «энергетическими станциями» клетки. Если их работа нарушается, клетке становится трудно поддерживать жизненно важные процессы, а при тяжелом повреждении это может закончиться гибелью.

«Чтобы понять, как разные органы справляются с таким стрессом, ученые проанализировали изменения в экспрессии генов в тканях мозга, почек и печени после ишемического повреждения. Оказалось, что почки и печень реагируют заметным снижением экспрессии генов, связанных с митохондриальной биоэнергетикой, тогда как в мозге картина существенно отличается. Это означает, что универсального сценария метаболической адаптации у организма нет: каждый орган использует собственную стратегию ответа на острый дефицит энергии», – поясняет младший научный сотрудник лаборатории структуры и функции митохондрий НИИФХБ МГУ, аспирант факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ Марина Буян.

Затем исследователи проверили, можно ли повлиять на этот процесс с помощью фумарата – промежуточного продукта цикла Кребса, одного из ключевых путей получения энергии в клетке. В нормальных условиях фумарат участвует в обмене веществ, а при повреждении тканей может выполнять и сигнальную функцию, запуская клеточные защитные механизмы.

«Эксперименты на клеточных культурах астроцитов, почечного эпителия и звездчатых клеток печени показали, что при стрессовых условиях фумарат помогает поддерживать трансмембранный потенциал митохондрий – важный показатель функционального состояния митохондрий. Однако оптимальная концентрация вещества оказалась разной для клеток разных органов: лучший эффект наблюдали при 12,5 мМ у астроцитов и при 25 мМ у клеток почки и печени», – уточняет младший научный сотрудник НИИФХБ МГУ Ксения Черкесова.

При этом поддержка митохондрий не всегда означала однозначную защиту клетки. Авторы отмечают, что влияние фумарата на число клеток и их выживание тоже зависело от типа ткани: в одних условиях он способствовал пролиферации, а в других мог вызывать усиление гибели части клеток. Особенно важен этот вывод для разработки будущих терапевтических стратегий: даже перспективные молекулы нельзя рассматривать как универсальное средство сразу для всех органов.

Результаты работы показывают, что подходы к лечению ишемических и других острых повреждений должны учитывать метаболическую специализацию тканей. То есть то, что помогает клеткам мозга, может оказаться менее полезным или даже нежелательным для клеток почки или печени.

Источник: Пресс –служба МГУ