расстройств. Эти органеллы помогают регулировать взаимодействие иммунных клеток с иммунными рецепторами. Когда клетки испытывают сильный стресс, они часто высвобождают компоненты митохондрий, которые служат сигналом опасности для остального организма, активизирующим хроническое низкоуровневое воспаление (17).

В одном исследовании рассматривались особые типы иммунных клеток под называнием «макрофаги» с целью увидеть, как они координируют сложные восстановительные процессы при заживлении ран. Эти клетки выполняют различные функции на разных этапах заживления. До этого исследования не было достоверно известно, как клетки узнают, когда и как переходить от одной фазы к другой. Было обнаружено, что митохондрии особым образом контролируют эти процессы (18).

Митохондрии помогают регулировать стрессовую реакцию

Теперь нам известно, что митохондрии помогают контролировать и координировать стрессовую реакцию в человеческом организме. Сюда входят как физические, так и психические факторы стресса. К физическим факторам стресса относятся голодание, инфекция или недостаток кислорода. Психические факторы – это все, что угрожает или создает нам трудности (как это обсуждалось в предыдущей главе).

Когда клетки подвергаются физическому стрессу, они запускают процесс, называемый интегрированной реакцией на стресс. Это скоординированная попытка клетки адаптироваться к неблагоприятным обстоятельствам и выжить в них путем изменения обмена веществ, экспрессии генов и других адаптаций. Многие исследования показывают, что митохондриальный стресс сам по себе приводит к интегрированной стрессовой реакции (19). Если клетка не в состоянии справиться со стрессом, происходит одно из двух: либо она запускает процесс собственной смерти под названием «апоптоз», либо переходит в «зомбиподобное» состояние, которое ассоциируется со старением и многими проблемами со здоровьем, такими как рак.

Вплоть до недавнего времени было неизвестно, как различные аспекты реакции на психологический стресс координируются в теле и мозге. Оказывается, митохондрии играют здесь критически важную роль! Это показало одно блестящее исследование доктора Мартина Пикара и его коллег, название которого говорит само за себя: «Митохондриальные функции модулируют нейроэндокринные, метаболические, воспалительные и транскрипционные реакции на острый психологический стресс» (20). Исследователи изучали мышей и генетически манипулировали их митохондриями, чтобы увидеть, какое влияние эти манипуляции оказывают на стрессовую реакцию. Они занимались только четырьмя различными генами – двумя, расположенными в самих митохондриях, и двумя, расположенными в клеточном ядре, которые кодируют белки, используемые исключительно в митохондриях. Каждая генетическая манипуляция приводила к различным нарушениям нормальной функции митохондрий. Тем не менее даже при использовании только четырех манипуляций было обнаружено, что все факторы стрессовой реакции были затронуты, включая изменение уровня кортизола, симпатической нервной системы, уровня адреналина, воспаления, маркеров обмена веществ и экспрессии генов в гиппокампе. Исследователи пришли к выводу, что митохондрии принимают непосредственное участие в контроле всех этих стрессовых реакций и, если они не функционируют должным образом, эти стрессовые реакции изменяются.

Митохондрии участвуют в производстве, высвобождении гормонов и реагировании на них

Митохондрии являются ключевыми регуляторами гормонов. Клетки, вырабатывающие гормоны, требуют больше энергии, чем многие другие. Они синтезируют гормоны, упаковывают их и высвобождают, подобно тому, как это было описано мной для нейромедиаторов. Для этого требуется большое количество АТФ, и митохондрии обеспечивают его доставку.

Для некоторых гормонов митохондрии имеют еще большее значение – к ним относятся кортизол, эстроген и тестостерон. Ферменты, необходимые для запуска производства этих гормонов, находятся только в митохондриях. Без них эти гормоны не вырабатываются. Но это еще не все. Митохондрии в других клетках иногда имеют рецепторы для этих гормонов. Таким образом, в некоторых случаях гормоны могут начинать свой путь в митохондриях клеток одного типа и заканчивать в митохондриях клеток другого типа.

Митохондрии создают реактивные формы кислорода и помогают от них избавляться

Митохондрии сжигают топливо – углеводы, жиры или белки. При этом иногда образуются отходы. В процессе сжигания топлива электроны движутся по цепи переноса электронов. Они являются источником энергии, которая обычно используется для производства АТФ или выделения тепла. Вместе с тем иногда эти электроны просачиваются за пределы привычной системы. Когда это происходит, они образуют так называемые реактивные формы кислорода (РФК) (21). К ним относятся такие молекулы, как супероксид-анион (O2-), перекись водорода (H2O2), гидроксильный радикал (-OH) и органические пероксиды. Одно время исследователи считали, что РФК – это просто токсичные отходы. Теперь же мы знаем, что небольшое количество РФК на самом деле служит в качестве полезного сигнального процесса внутри клетки. Так, в работе, опубликованной в 2016 году в журнале Nature, было показано, что РФК являются основными регуляторами производства тепла и расхода энергии – общего показателя скорости обмена веществ (22). Вместе с тем большое количество РФК оказывает токсичное воздействие и приводит к воспалению (23). Возможно, вы слышали термин «окислительный стресс» – это он и есть! Известно, что РФК вызывают повреждение митохондрий и клеток. Они связаны со старением и многими заболеваниями. Учитывая, что РФК производятся прямо в митохондриях и обладают повышенной химической активностью, они часто первым делом повреждают митохондрии. Митохондриальная ДНК никак не защищена, поэтому известно, что большое количество РФК приводит к мутациям митохондриальной ДНК. Эти РФК могут повредить и внутренние компоненты митохондрий. При попадании за пределы митохондрий, они способны навредить всей клетке.

Кроме того, митохондрии выполняют функцию уборщиков РФК. Помимо производства РФК, митохондрии также подчищают некоторые из них с помощью сложной системы ферментов и других факторов, которые служат для детоксикации РФК (24). У клеток есть и другие антиокислительные системы, однако митохондрии играют в этом процессе не последнюю роль. Когда система детоксикации не работает, использованные продукты РФК могут накапливаться и вызывать повреждения. Это приводит к клеточной дисфункции, которая проявляется в виде старения, гибели клеток и болезней.

Митохондрии – оборотни

Митохондрии меняют форму в ответ на различные факторы окружающей среды. Иногда они длинные и тонкие. В других случаях – короткие и толстые. Бывают даже круглые органеллы. Помимо изменения формы, они постоянно взаимодействуют друг с другом: сливаются, образуя одну митохондрию, либо делятся с образованием двух новых. Эти изменения формы очень важны для функционирования клетки. В 2013 году в двух статьях, опубликованных в журнале Cell, было показано, что процесс слияния митохондрий существенно влияет на отложение жира, пищевое поведение и ожирение (25). В результате изменения формы митохондрий и их слияния формируются сигналы, воздействующие на весь организм человека. Когда митохондрии не могут выполнить эти действия, возникают проблемы с обменом веществ, причем не только