Митохондрии устраняют старые и поврежденные клетки

Клетки умирают каждый день. Существует два хорошо известных типа клеточной смерти – некроз и апоптоз. Некроз происходит, когда клетка погибает внезапно, например, когда клетки сердца умирают во время сердечного приступа. Некроз – это плохо. Апоптоз происходит, когда клетки стареют или повреждаются. Это запланированный процесс, который часто называют запрограммированной клеточной смертью: сигнал к смерти исходит от самой клетки. В целом апоптоз считается чрезвычайно полезным для здоровья и выживания человека. Он позволяет заменять старые клетки новыми, уничтожать поврежденные клетки, которые иначе могли бы переродиться в раковые.

Каждый день порядка 10 миллиардов клеток в человеческом организме умирают и заменяются новыми (36).

Раньше считалось, что гены в ядре контролируют апоптоз. Теперь же мы знаем, что на самом деле этим занимаются митохондрии. Когда органеллы испытывают высокий уровень стресса и накапливают большое количество РФК, они начинают разрушаться, в результате чего высвобождается белок под названием цитохром c, который затем активирует так называемые «ферменты-убийцы» – каспазы. Эти ферменты разрушают все в клетке, пока она не умрет. Многие ее компоненты подлежат повторному использованию.

Аутофагия и апоптоз в некоторой степени похожи между собой, но это разные процессы. Аутофагия обычно связана с восстановлением и заменой отдельных компонентов клетки, но сама клетка при этом, как правило, остается живой. Апоптоз – это гибель всей клетки. Тем не менее и аутофагия, и апоптоз необходимы для здоровья и долголетия, и митохондрии играют определенную роль в обоих процессах.

На самом деле существуют и другие типы клеточной смерти, однако они выходят за рамки данной книги. Тем не менее в одном из обзоров было показано, что все они связаны с работой митохондрий (37).

Подведем итог

Изменения даются с трудом. Модели, практики и концептуальные основы трудно изменить. Но что, если наши представления об управлении клетками были ошибочными?

Если вернуться к автомобильной аналогии, я предположил, что каждая клетка подобна автомобилю в перегруженной системе дорожного движения большого города. Заглянув внутрь машины, мы увидим там множество водителей – все митохондрии. Возможно, на этом уровне будет проще изменить метафору и представить внутреннюю часть каждой клетки как фабрику. Фабрики получают материалы, такие как глюкоза, аминокислоты и кислород, и выполняют определенные функции. Одни производят нейромедиаторы. Другие производят гормоны. Некоторые из них являются мышечными клетками и приводят тело в движение. Митохондрии – это рабочие внутри этих фабрик (сравнение митохондрий с рабочими использовал в своей книге и Ник Лэйн) (38). У них много разных ролей и задач. Некоторые помогают в производстве и высвобождении гормонов или нейромедиаторов. Другие служат в качестве уборщиков, помогая избавляться от РФК и прочего мусора. Третьи помогают обмениваться информацией с клеточным ядром, посылая сигналы для включения или выключения определенных генов. Они регулируют уровни кальция, РФК и другие важные клеточные сигналы. Органеллы трудятся сообща и взаимодействуют друг с другом – сливаются, перемещаются по клеткам и обмениваются информацией с митохондриями в других клетках посредством гормонов, таких как кортизол, и других механизмов, таких как митохондриальные пептиды. Ну и конечно, они обеспечивают бо́льшую часть энергии – АТФ – для работы фабрики. Когда рабочие не справляются, это сказывается на остальных работниках клетки и влияет на рабочих соседних «фабрик».

За последние 20 лет было получено много новых неожиданных данных о роли митохондрий в клетке. Почти никто не предполагала, что они способны контролировать регуляцию генов в ядре – как на ежедневной основе, так и во время роста и дифференциации клеток. Не менее неожиданным оказалось и их взаимодействие с другими органеллами, такими как эндоплазматический ретикулум и лизосомы, а также участие в их регуляции. До этого, как правило, считалось, что единственная функция митохондрий – это выработка АТФ. Их даже называли «крошечными батарейками» клетки. Многие исследователи до сих пор воспринимают их подобным образом.

На протяжении веков исследователи пытались понять, как работают клетки. До недавнего времени их внимание было сосредоточено на всех крупных компонентах клетки, а до крошечных митохондрий почти никому не было дела. Многие до сих пор убеждены, что ядро, содержащее геном человека, является центром управления клеткой. Другие считают, что все дело в наружной клеточной мембране и различных рецепторах на ее поверхности – клетка выполняет те или иные функции под воздействием определенных нейромедиаторов или гормонов. Что, если в обоих вариантах есть доля правды, но на самом деле всем заправляют митохондрии – рабочие клеточной фабрики? Учитывая все роли, которые митохондрии выполняют в столь разных аспектах клеточной работы, возможно ли, что именно в них кроется истинный ответ на вопрос о том, как устроены клетки? Что, если все различные клеточные органеллы – это просто огромные механизмы или складские помещения, которые митохондрии используют для выполнения различных задач в клетке? Возможно, ядро – это просто крупный центр хранения ДНК, чертежей клетки, которые используются митохондриями? Может быть, другие органеллы – это машины по производству белков (рибосомы) или утилизации отходов (лизосомы), которые используются митохондриями для различных целей? В конце концов, митохондрии – это единственные органеллы, которые перемещаются по клетке, взаимодействуют друг с другом и со всеми другими клеточными структурами. Митохондрии появились в клетке первыми. Они стали первой клеточной органеллой, а до этого были самостоятельным живым организмом.

На всякий случай хочу уточнить, что я не утверждаю, будто у митохондрий есть мозг и они принимают самостоятельные решения по всем этим функциям. Напротив, я предполагаю, что они похожи на маленьких роботов-рабочих, делающих то, на что их запрограммировали. Они – давние и верные слуги человеческих клеток. Вместе с тем, как это часто бывает со слугами и рабочими, которых недостаточно ценят, они, возможно, заслуживают немного большего уважения и признания за свой тяжелый труд.

Нравится вам эта аналогия или нет, даже если вы хотите продолжать считать митохондрии не более чем крошечными батарейками, одно совершенно ясно и неоспоримо – когда митохондрии не действуют, встает и работа человеческого мозга, а то и всего тела.