Митохондрии, которые часто называют «энергетическими центрами» клеток, играют ключевую роль в метаболизме, вырабатывая энергию, необходимую для нормального функционирования организма. Когда в их работе происходят сбои, последствия могут быть серьезными, особенно при диабете 2-го типа. Хотя митохондриальные аномалии уже были выявлены в инсулин-продуцирующих бета-клетках поджелудочной железы у пациентов с диабетом, механизмы, лежащие в их основе, до сих пор оставались малоизученными. Группа американских исследователей недавно приоткрыла часть тайны, пролив свет на ключевой процесс, связывающий эти нарушения с началом заболевания. Их работа открывает путь к новым подходам, направленным на восстановление функции митохондрий и, в перспективе, к обращению вспять диабета второго типа.
Митохондрии, расположенные в большинстве клеток организма, производят АТФ (аденозинтрифосфат) — основной источник клеточной энергии. Они преобразуют питательные вещества в энергию, позволяя мышцам, мозгу и другим органам выполнять свои жизненно важные функции. Но на этом их роль не заканчивается: эти органеллы также играют роль в управлении окислительным стрессом — явлением, связанным со старением клеток и возникновением различных патологий.
Нормальное функционирование митохондрий может быть нарушено под воздействием целого ряда факторов: генетических мутаций, избыточного окислительного стресса, малоподвижного образа жизни или несбалансированного питания. Когда происходят эти нарушения, производство энергии ослабевает, нарушая обмен веществ.
При диабете 2-го типа ряд исследований показал, что митохондрии в клетках мышц и печени пациентов аномальны. Эти изменения нарушают способность клеток правильно реагировать на инсулин — гормон, регулирующий уровень глюкозы в крови. Такая инсулинорезистентность способствует хронической гипергликемии — основному фактору развития диабета.
Хорошо известная, но все еще плохо изученная связь
Хотя участие митохондрий в развитии диабета 2-го типа уже не вызывает сомнений, точный механизм их работы остается во многом неизвестным. Именно на этом фоне группа исследователей из Мичиганского университета провела углубленное исследование. «Мы хотели определить пути, необходимые для поддержания оптимальной функции митохондрий», — объясняет в пресс-релизе Эмили М. Уолкер, доцент кафедры внутренней медицины.
Чтобы лучше понять эти взаимодействия, ученые сначала провели эксперименты, направленные на нарушение трех ключевых элементов митохондриальной функции у мышей. Их мишенью стала митохондриальная ДНК, процесс устранения дефектных митохондрий и механизм, обеспечивающий их обновление и поддержание в хорошем состоянии.
«Во всех трех случаях запускалась одна и та же стрессовая реакция, которая приводила к появлению незрелых бета-клеток, прекращению выработки инсулина и потере функции», — поясняет Уокер. По мнению исследователей, эти результаты позволяют предположить, что митохондрии способны посылать сигналы в ядро, тем самым влияя на судьбу клеток. Эта гипотеза подтверждается аналогичными наблюдениями в островках поджелудочной железы человека. Основываясь на этом открытии, команда расширила свои исследования, чтобы определить, влияет ли эта стрессовая реакция на другие типы клеток.
Поскольку диабет является мультисистемным заболеванием, ученые проанализировали клетки печени и адипоциты мышей. И здесь они снова обнаружили дисфункцию митохондрий, нарушающую созревание и нормальное функционирование клеток, что говорит о более широком нарушении обмена веществ.
«Диабет влияет на несколько систем органов. Увеличение веса, чрезмерное производство глюкозы печенью и нарушение функции мышц — все это проявления», — объясняет Скотт А. Солейманпур, директор Мичиганского центра изучения диабета и ведущий автор исследования. «Именно поэтому мы расширили область исследования», — добавляет он.
Можно ли обратить процесс вспять?
Работа подтвердила, что митохондриальный стресс нарушает созревание и функционирование печени и жировых клеток, что подкрепляет идею о том, что митохондрии играют ключевую роль в прогрессировании диабета. Важным результатом исследования является то, что эти нарушения не приводят к гибели клеток, что позволяет предположить возможность восстановления их функций путем коррекции отклонений.
Чтобы проверить эту гипотезу, ученые в течение четырех недель вводили мышам соединение под названием ISRIB, предназначенное для подавления клеточного стрессового ответа. Результаты оказались многообещающими: бета-клетки вновь обрели способность эффективно регулировать уровень сахара в крови. Однако еще предстоит выяснить, будет ли это восстановление длительным или оно зависит от постоянного приема препарата.
Сейчас команда продолжает исследования, чтобы глубже изучить клеточные пути и проверить полученные результаты на образцах, взятых у пациентов с диабетом. Если эти результаты подтвердятся, они могут привести к появлению новых терапевтических подходов, направленных на восстановление функции митохондрий и улучшение регуляции инсулина у людей с диабетом 2-го типа.
Читайте все последние новости здоровья и медицины на New-Science.ru
