Том 90, № 12 (2025)

Митохондриальная пора (Mitochondrial Permeability Transition pore, MPT-пора), активируемая ионами Ca²⁺, — феномен, который уже долгое время остается предметом пристального изучения. Циклофилин-D-зависимое открытие MPT-поры в митохондриях в ответ на кальциевую перегрузку и окислительный стресс приводит к набуханию митохондриального матрикса, деполяризации внутренней мембраны и нарушению регуляции ионного гомеостаза. Эти процессы сопровождаются повреждением мембран митохондрий и в конечном счете гибелью клетки. Несмотря на десятилетия исследований, молекулярная идентичность MPT-поры остается окончательно не установленной. В последнее время в качестве ее ключевых структурных компонентов, наряду с регуляторным белком циклофилином D, рассматриваются белки внутренней мембраны: ATP-синтаза и транслокатор адениновых нуклеотидов (ANT). Широко обсуждается участие MPT-поры в развитии различных патологических состояний, а также в ряде физиологических процессов, таких как регуляция клеточной биоэнергетики и быстрое высвобождение Ca²⁺. В данном обзоре обобщены современные молекулярно-генетические данные о предполагаемой структуре MPT-поры, прослеживается эволюция взглядов на ее функционирование — от трактовки в качестве простого экспериментального артефакта до признания предполагаемого ключевого регулятора энергетического метаболизма. Также рассматриваются механизмы ее регуляции и многогранная патофизиологическая роль.

Антибиотики, безусловно, являются важнейшим средством в борьбе с бактериальными инфекциями человека и животных. Повсеместное использование антибиотиков положительно сказывается на лечении инфекционных заболеваний, однако может сопровождаться серьёзными побочными эффектами. Клинические аспекты этих побочных действий изучены достаточно хорошо, однако неспецифические молекулярные мишени изучены не в полной мере. Известно, что многие антибиотики могут нарушать работу митохондрий – внутриклеточных органелл, ответственных за аэробный метаболизм, а также регулирующих целый ряд важных процессов, включая клеточный редокс-баланс и воспалительные реакции. Митохондриальная дисфункция зачастую приводит к развитию окислительного стресса и воспаления – известных стимулов клеточного старения. С другой стороны, те же самые стимулы могут вызывать гибель состарившихся клеток. Таким образом, митотоксичные антибиотики могут влиять как на процесс клеточного старения, так и на элиминацию сенесцентных клеток. Действие противоопухолевых антибиотиков на индукцию клеточного старения изучено достаточно подробно, однако как влияют антибактериальные антибиотики на этот процесс, до сих пор практически неизвестно. Целью данного обзора является привлечение внимания исследователей к возможности индукции ускоренного клеточного старения под действием распространённых антибактериальных антибиотиков, а также обсуждение возможных механизмов такого действия.

Митохондрии играют центральную роль в физиологии клеток, и, помимо выполнения основной функции как источника энергии в клетках, они регулируют уровень внутриклеточного кальция и апоптоз, определяют оптимальную концентрацию активных форм кислорода, в них синтезируются многие важнейшие соединения. В связи с этим большое значение имеет поддержание их в рабочем состоянии, обеспечение транспортом, внутриклеточное распределение, своевременный биогенез и удаление из клеток поврежденных митохондрий. Все это определяется как митостазис клеток, в поддержании которого участвуют многие клеточные структуры и в первую очередь цитоскелет. Данный обзор суммирует сведения о роли в этих процессах одного из компонентов цитоскелета — виментиновых промежуточных филаментов.

Окислительное фосфорилирование в митохондриях является основным источником ATP для большинства эукариотических клеток. Концентрации ATP, ADP и AMP являются важнейшей детерминантой, напрямую влияющей на широкий круг жизненно важных для клетки процессов — синтез белка и нуклеиновых кислот, деление, механическое движение, поддержание ионного состава и метаболизм в целом. Кроме того, изменения концентрации ATP вызывают изменения концентрации свободного магния, что дополнительно расширяет спектр затрагиваемых процессов. В цитозоле самых разных видов эукариотических клеток концентрации ATP, ADP и AMP удивительно постоянны и составляют обычно порядка 5 мМ, 0,5 мМ и 0,05 мМ соответственно. Эти концентрации взаимозависимы за счёт активности аденилаткиназ, локализованных в цитозоле и межмембранном пространстве митохондрий. Концентрации нуклеотидов в цитозоле связаны с концентрацией ATP и ADP в митохондриях благодаря работе ATP/ADP антипортера. Однако данных об абсолютных концентрациях адениновых нуклеотидов в матриксе митохондрий мало, и разброс экспериментальных значений велик; можно лишь утверждать, что суммарная концентрация находится в миллимолярном диапазоне и что концентрация ATP в митохондриях обычно ниже, а концентрация ADP выше, чем в цитозоле. Результаты измерения относительных количеств адениновых нуклеотидов в матриксе варьируют в разных объектах и условиях и составляют 20–75% ATP, 20–70% ADP и 3–60% AMP. Эти данные позволяют предположить, что «состояние 4», когда в покоящихся клетках окислительное фосфорилирование тормозится из-за недостатка ADP в матриксе, in vivo крайне маловероятно. В данной работе обсуждаются белки, влияющие на концентрацию ATP в митохондриях и в цитозоле, собраны экспериментальные оценки концентраций адениновых нуклеотидов в разных биологических объектах, а также приведён обзор методов измерения этих концентраций с акцентом на применение ATP-чувствительных флуоресцентных белковых зондов (ATeam, QUEEN, MaLion).

В 70- 80- х гг. прошлого века было описано наличие митохондриального ретикулума в скелетных мышцах. Была выдвинута и доказана концепция организации этого ретикулума в клетке для доставки энергии по всему клеточному объему в форме трансмембранного потенциала, создаваемого на внутренней мембране митохондрий с последующим синтезом АТР митохондриальной АТР- синтазой. Тем не менее доказательства, основанные на исследованиях ультраструктуры митохондрий, все еще подвергаются критике. Для исключения возможности артефактов, вызванных подготовкой образца для электронной микроскопии, было проведено сравнение митохондриальной структуры, детектируемой на ультратонких срезах мышечного волокна, используемых в электронной микроскопии, и структуры в интактном волокне с визуализацией митохондрий потенциал-зависимым красителем. Данное сравнение было проведено для двух видов животных: мышей и голого землекопа, известного своим необычайным долголетием. Получено полное соответствие сделанным ранее выводам о строении митохондриального ретикулума. Предложена дополнительная модель функционирования гигантских митохондрий как внутриклеточных структур, предотвращающих гипоксию в тканях.

Мозг и почки, как одни из наиболее метаболически активных органов, критически зависят от энергетического метаболизма, обеспечиваемого главным образом окислительным фосфорилированием. Острые патологические состояния, сопровождающиеся дефицитом метаболических субстратов или нарушением их утилизации, запускают сигнальные каскады, которые индуцируют клеточную гибель и приводят к органной дисфункции. Одним из терапевтических подходов к коррекции энергодефицита является применение экзогенных метаболитов цикла трикарбоновых кислот, таких как сукцинат. В данной работе было исследовано влияние экзогенного сукцината на астроциты и эпителиальные клетки почки в нормальных условиях и при индукции повреждения, которое осуществляли депривацией по сыворотке. Было показано, что инкубация астроцитов и эпителиоцитов почки с сукцинатом увеличивает жизнеспособность обоих типов клеток как в норме, так и при повреждении, но при этом более выраженный цитопротекторный эффект наблюдался на клетках почки. Инкубация эпителиоцитов почки с сукцинатом приводила к увеличению трансмембранного потенциала митохондрий, что особенно важно в условиях повреждения, так как обеспечивает нормальное функционирование митохондрий и генерацию ATP. Кроме того, было выявлено, что эпителиоциты демонстрируют значительное более высокое значение дыхательного контроля (и меньшую утечку протонов) по сравнению с астроцитами, что коррелировало с более высоким цитопротекторным влиянием сукцината на клетки почки. Таким образом, сукцинат оказывает выраженное защитное действие на эпителий почки в норме и при депривации сыворотки, но слабее действует на астроциты, что, вероятно, обусловлено его лучшей утилизацией митохондриями почечных клеток, а также другими различиями биоэнергетики астроцитов и эпителиоцитов. Несмотря на применение в клинической практике лекарственных средств, содержащих сукцинат, определение оптимальных дозировок и разработка эффективных терапевтических схем требуют дальнейших исследований. Полученные в данной работе данные, демонстрирующие различную эффективность сукцината в отношении клеток разного типа, указывают на то, что его терапевтический потенциал может существенно варьировать в зависимости от органо-специфических особенностей энергетического метаболизма.

Приобретенная лекарственная устойчивость снижает эффективность противоопухолевой терапии и ведет к прогрессированию онкологических заболеваний. Селективное ингибирование антиапоптотических белков семейства Bcl-2 за счет ВНЗ-миметиков является перспективной стратегией лечения онкологических пациентов. На протяжении последних лет антагонисты антиапоптотического белка Mcl-1 активно исследуются в клинических испытаниях, но, как и другие ВНЗ-миметики, могут терять свою эффективность вследствие появления к ним приобретенной устойчивости. Нами было установлено, что опухолевые клетки вырабатывают устойчивость к ингибированию Mcl-1 за счет увеличенной экспрессии генов других антиапоптотических белков – Bcl-2 или Bcl-xL, становясь менее Mcl-1-зависимыми. Развитие данного типа устойчивости также сопровождается изменениями метаболизма клеток. Нами было показано, что комбинирование антагониста Mcl-1 S63845 с различными противоопухолевыми соединениями способно вести к преодолению устойчивости злокачественных клеток к его действию.