С возрастом митохондрии — энергетические станции клеток — могут утрачивать фрагменты ДНК, что чревато разными патологиями, поэтому понимание этого механизма крайне важно. Международный коллектив ученых, в который вошли сотрудники БФУ им. Канта, установил, что некоторые участки митохондриального генома находятся в зоне повышенного риска из-за присущих им особенностей. Результаты работы описаны в статье, опубликованной в журнале BMC Biology.
Один из механизмов старения может быть связан с нарушением работы митохондрий, производящих энергию в клетке. Недостаток энергии, возникающий в ходе старения и обуславливающий развитие тяжелых заболеваний, в том числе приводящих к ослаблению мышц и мозга, очевидно связан с мутациями в митохондриальной ДНК (мтДНК).
В клетке находится много регулярно делящихся митохондрий, каждая из которых несет собственный генетический материал: в норме он почти одинаков, но со временем накапливается все больше отличий. В случае некоторых мутаций дефектные мтДНК могут получить преимущество при копировании и считывании с них информации. Так число «поломанных» белков в клетке увеличивается, что в итоге приводит к ее дегенерации. Со временем все пространство могут занять маленькие митохондрии, которые быстро размножаются, а «сильные и выносливые» окажутся в меньшинстве.
Пока не существует общепризнанной гипотезы о том, почему именно образуются делеции в митохондриальном геноме и является ли это нормой при старении. В молекулярных механизмах этого феномена решили разобраться специалисты БФУ им. Иммануила Канта совместно с российскими и зарубежными коллегами. Объектом исследования стал участок митохондриального генома. Ученые проанализировали данные о более чем 1300 делециях из открытой базы данных и выяснили, что такие мутации не распределены в геноме равномерно, а сконцентрированы в определенном участке.
Чем он примечателен? Там обнаружилась крупная петля, образующая структуру с зоной контакта между участками 6-9 и 13-16 тысяч пар нуклеотидов. Она возникает из-за пространственной близости этих двух областей мтДНК во время репликации, а из-за наличия похожих фрагментов внутри эти области могут взаимодействовать между собой. Повторы (т.е. похожие друг на друга фрагменты) в ДНК вообще считаются «горячими точками» для мутаций, но, как отмечают авторы новой работы, в случае митохондриального генома они не являются главными виновниками потерь наследственной информации. Компьютерное моделирование показало, что есть другой фактор — структурный, — который влияет на появление делеций втрое сильнее.
Полученные результаты могут помочь предсказывать риски определенных заболеваний, связанных с мутациями мтДНК, в т.ч. возрастных. Сейчас ученые разрабатывают единую концепцию, цель которой — выявление хрупких мест в митохондриальном геноме любого человека, т.е. индивидуальный анализ риска образования делеций, с которым дальше можно работать методами генной терапии.
