Митохондрии в человеческих клетках разогрелись до 50 градусов

Исследователи измерили температуру работающей митохондрии и обнаружили, что в процессе клеточного дыхания органелла разогревается почти до 50 градусов. В работе, опубликованной в журнале PLOS Biology, ученые также показали термостабильность ферментов, связанных с митохондриальной мембраной.

Митохондрии окисляют органические вещества и запасают высвободившуюся энергию в виде АТФ — универсальной «энергетической валюты» клетки, однако большая часть энергии при этом рассеивается в тепло. Термогенез также является важной функцией митохондрий — к примеру, клетки бурого жира, необходимого для поддержания температуры тела младенцам и животным во время спячки, содержат очень много митохондрий.

На внутренней мембране митохондрий сосредоточены комплексы ферментов, которые обеспечивают окисление субстратов, образование на мембране электрохимического градиента и, в конечном итоге, синтез АТФ. Эти комплексы образуют так называемую дыхательную (электронтранспортную) цепь.

Исследователи из Парижского университета при помощи термочувствительного флуоресцентного красителя MitoThermo Yellow измерили температуру работающей на полную мощность митохондрии в клеточной культуре человека HEK293 и первичной культуре фибробластов кожи. Оказалось, что в физиологических условиях органелла «разогревается» на 7-12 градусов выше температуры среды, которая составляла 38 градусов Цельсия. Таким образом, физиологический оптимум работы митохондрии составляет около 50 градусов.

Температуру органелл косвенно определяли по флуоресценции красителя, которая линейно падает при нагревании. Исследователи подтвердили, что разогрев в норме связан именно с работой дыхательной цепи: вещества подавляющие ее активность, такие как цианид и олигомицин, привели к усилению флуоресценции красителя. Дополнительная экспрессия в клетках «белков термогенеза», например UCP1, напротив, привела к еще большему падению флуоресценции, то есть нагреванию митохондрий.

Обычно организмы не могут долго функционировать при повышенной температуре в связи с денатурацией ферментов при температуре выше 40 градусов. Тем не менее, существует множество организмов-термофилов, которые обитают в среде с температурой до 90 градусов Цельсия. Таким образом, в природе существуют ферменты, оптимум работы которых сдвинут выше 37 градусов. Авторы работы измерили температурный оптимум нескольких ферментов электронтранспортной цепи, в частности, цитохром С редуктаз, и подтвердили, что он равен примерно 50 градусам, значит разогревание митохондрии вполне возможно без потери их активности.

Сами авторы утверждают, что их открытие довольно удивительно, и призывают коллег проверить выводы работы самостоятельно. Хотя ученые постарались проверить все факторы, которые могли бы повлиять на «показания термометра», возможно, что-то все же было упущено. Рецензент работы Ник Лейн вообще утверждает, что эти цифры не стоит воспринимать буквально, так как на клеточном уровне само определение температуры может измениться.

Несмотря на очевидную необходимость митохондрий для клетки, их работа сопряжена и с негативными эффектами — в частности, работа дыхательной цепи приводит к образованию активных форм кислорода и окислительному стрессу. Ученые показали, что снижение эффективности работы митохондрий или даже их удаление из клеток устраняет признаки старения. А в 2016 году были обнаружены эукариотические организмы, в клетках которых вообще нет митохондрий — это протисты из группы Monocercomonoides.

Дарья Спасская