Контролируемая гипоксия: учёные рассчитали связь между кислородом и мутациями в ДНК митохондрий

Российские генетики совместно с иностранными коллегами проанализировали более ста тысяч мутаций в ДНК митохондрий сотен различных видов и выявили общие закономерности. Учёные установили, что в не менее, чем половине случаев сбои митохондриального генома связаны с воздействием активных форм кислорода — окислительным стрессом.

Мутации в митохондриях связывают с рядом заболеваний, таких как деменция и онкология. По мнению учёных, контролируемая гипоксия, ограничение притока кислорода, может стать методом профилактики и лечения в ряде случаев.

Генетики из Медицинского университета РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского, Балтийского федерального университета им. Иммануила Канта совместно с российскими и зарубежными коллегами выявили связь между воздействием активных форм кислорода и мутациями в митохондриальной ДНК. Полученные данные призваны помочь в профилактике и лечении нейродегенеративных и онкологических заболеваний. Об этом RT сообщили в пресс-службе Минобрнауки. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Biology and Evolution.

Напомним, что помимо основной ДНК, каждая клетка также содержит митохондриальный геном. Митохондрии — органеллы, которые снабжают клетки энергией. ДНК митохондрий отвечает за синтез белков, которые участвуют в «производстве» клеточного топлива.

Согласно научным исследованиям, именно нарушения в работе митохондрий могут быть причиной развития широкого спектра нейромышечных и нейродегенеративных заболеваний, среди которых синдром Альцгеймера и Паркинсона.

Авторы нового исследования изучили 118 тыс. различных мутаций в митохондриальной ДНК у 1697 видов хордовых животных. Для расчётов и анализа статистики учёные применили суперкомпьютер «Минерва» БФУ.

Было установлено, что ошибки фермента, копирующего молекулу митохондриальной ДНК приводят примерно к половине случаев мутаций. Все остальные сбои связаны с окислительным стрессом — то есть, воздействием на ДНК активных форм кислорода.

«Этот вывод имеет важное медицинское значение: снижение окислительного стресса, например, с помощью индуцированной гипоксии (пониженного содержания кислорода в клетках), может обладать терапевтическим эффектом», — пояснил RT старший научный сотрудник Центра геномных исследований БФУ им. И. Канта, Константин Попадьин.

По мнению учёных, контролируемая гипоксия может стать перспективным направлением в лечении заболеваний, вызванных мутациями в митохондриальной ДНК.

Ещё один вывод, к которому пришли авторы исследования, связан с лечением и диагностикой рака. Работа показала, что митохондриальные мутации содержат информацию не только о происхождении клеток, но и об их функциональном состоянии: уровне гипоксии, скорости деления и метаболической активности.

Это может найти применение в онкологии. Например, при выявлении раковых клеток, которые оказались устойчивы к терапии и могут стать причиной развития повторной опухоли или метастазов. Анализ митохондриальных ДНК позволит также определить возраст опухоли. Это поможет точнее определять скорость развития новообразования, что важно для выбора оптимальной стратегии лечения.

«Мы считаем, что результаты нашего исследования помогут усовершенствовать диагностические и терапевтические подходы к ряду значимых, в том числе возраст-ассоциированных заболеваний. И главное — это очередной шаг к более точному прогнозированию возрастных изменений на клеточном уровне и построению стратегий воздействия на них», — подчеркнул в комментарии RT заведующий кафедрой биологии и генетики Медицинского университета РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского Илья Мазунин.