Митохондриальная теория старения

Авторы:

Свободнорадикальная митохондриальная теория старения — Дж. Микель, А. В. Линнан.
Не свободнорадикальная митохондриальная теория старения — А. Н. Лобачев.

История

Митохондриальная теория старения имеет две разновидности: свободнорадикальная и не свободнорадикальная. Первая является одним из вариантов свободнорадикальной теории старения. Она была сформулирована Дж. Микелем в 1980 г. и получила развитие в работах А. В. Линнана (1989 г.) Вторая была предложена А. Н. Лобачевым в 1978 г.

Пример

С возрастом функции митохондрий в различных тканях угасают, а количество мутаций в митохондриальной ДНК увеличивается.

Описание теории

Митохондриальная теория старения ключевую роль в старении организма отводит митохондиям, а именно изменению с возрастом их функций.
Оба варианта митохондриальной теории постулируют, что с возрастом в митохондриальной ДНК (мтДНК)

 накапливаются повреждения (мутации и нарушения структуры), из-за которых митохондрии начинают хуже снабжать клетку энергией. В результате этого клетка стареет. Кроме того, повреждения мтДНК могут стимулировать апоптоз клетки. А вот причину возрастных изменений мтДНК первая и вторая разновидности митохондриальной теории старения объясняют по-разному. 

Согласно свободнорадикальной митохондриальной теории старения, главной причиной накопления повреждений в мтДНК являются свободные радикалы. Причем митохондрии являются не только мишенью для свободных радикалов, но и основным источником их появления в клетке (свободные радикалы образуются в митохондриях в ходе окислительных процессов, происходящих при работе митохондриальной дыхательной цепи).

Несвободнорадикальная митохондриальная теория старения основную причину накопления 

повреждения в мтДНК видит в том, что в определенный момент жизни соматической клетки развитие митохондий вступает в конфликт 

с развитием ядра. Смысл в том, что митохондрии, будучи достаточно автономной органеллой клетки, запрограммированы на «бесконечное» деление; в то же время, зрелые соматические клетки практически не делятся. Конфликт возникает в тот момент, когда митохондрии начинают недополучать необходимые для их деления ядерные белки. В результате в митохондриях включается программированный процесс деградации. Этот процесс выражается главным образом в том, что в мтДНК происходят делеции (вырезание кусков), из-за которых мтДНК становится более короткой. Таким образом, согласно данной разновидности митохондриальной теории, митохондрии являются «биологическими часами» клетки и программируют время ее жизни.

Дополнения и критика

На сегодняшний день существует целый ряд свидетельств, которые подтверждают митохондриальную теорию. Однако существует проблема изучения митохондриальной ДНК и митохондрий в целом в том. Она состоит в том, что в распоряжении ученых имеется очень мало способов работать с мутациями в митохондриях. Не существует генной инженерии применительно к митохондриям, и в настоящее время невозможно создать мутацию или ген, вставить в митохондрию и изучать такую линию клеток. Все, могут ученые, — это изучать предоставляемые природой мутации.

Публикации:

• Gruber, Jan, Sebastian Schaffer, and Barry Halliwell. «The mitochondrial free radical theory of ageing-where do we stand?." Frontiers in bioscience: a journal and virtual library 13 (2007): 6554–6579.
• Jang, Youngmok C., and Holly Van Remmen. «The mitochondrial theory of aging: insight from transgenic and knockout mouse models." Experimental gerontology 44.4 (2009): 256–260.
• Rasmussen, Ulla F., et al. «Experimental evidence against the mitochondrial theory of aging A study of isolated human skeletal muscle mitochondria." Experimental gerontology 38.8 (2003): 877–886.
• Gadaleta, Maria Nicola, et al. «Aging and mitochondria." Biochimie 80.10 (1998): 863–870.
• Jacobs, Howard T. «The mitochondrial theory of aging: dead or alive?." Aging cell 2.1 (2003): 11–17.
• Mandavilli, Bhaskar S., Janine H. Santos, and Bennett Van Houten. «Mitochondrial DNA repair and aging." Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis 509.1 (2002): 127–151.