Старение — биологический процесс, характеризующийся общим и прогрессивным спадом физиологических функций. Старение неизбежно, но все хотят, чтобы старость наступила как можно позднее. Благодаря достижениям современной медицины продолжительность жизни человека уже сильно увеличилась, тем не менее множество исследователей со всего мира работают над тем, чтобы не только продлить жизнь человека, но и улучшить ее качество в преклонном возрасте. Ученые ИТЭБ РАН из Подмосковного Пущино исследовали процесс старения на внутриклеточном уровне и обнаружили новый механизм замедления развития этого процесса в митохондриях. Результаты этой работы, выполненной в рамках мегагранта, опубликованы в январском номере журнала Biochimica et Biophysica Acta, сообщает пресс-служба института.

Известный факт, что процессы старения связаны с нарушением функций митохондрий («энергетических станций клеток»). Кроме старения, повреждение митохондрий наблюдается при ишемии, септическом шоке и при развитии болезней Паркинсона и Альцгеймера. В процессе старения митохондрии, в связи с нарушением деятельности ферментов дыхательной цепи, а также по ряду других причин, начинают генерировать большое количество активных форм кислорода. При их накоплении развивается окислительный стресс. При этом происходит перегрузка их внутреннего пространства ионами Са2+, увеличивается проницаемость внутренней мембраны и формируется т.н. митохондриальная неспецифическая пора (мPTP), после чего Са2+ выходит наружу. В свою очередь, из-за этого происходит набухание митохондрий, которые перестают выполнять свои функции, нарушается производство АТФ — универсального источника энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах.

В результате разрушения внешней митохондриальной мембраны высвобождается цитохром С. Когда цитохром С связан с мембраной, он является необходимым компонентом дыхательной цепи. При освобождении из мембраны этот белок активирует апоптоз – программируемую гибель клеток.

Защитить клетки от губительного влияния активных форм кислорода могут антиоксиданты – вещества, которые подавляют окислительный стресс и таким образом уменьшают связанное со старением разрушение митохондрий и повреждение клеток.

Ученые Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН в своей работе изучили воздействие на митохондрии эффективного природного антиоксиданта – мелатонина. Это нейроэндокринный гормон, отвечающий за суточные ритмы организма. Главный источник мелатонина — это эпифиз, но в последнее время появились данные о том, что и другие органы способны его вырабатывать. Это вещество, как обнаружили исследователи, способно предотвращать открытие мPTP в митохондриях, выделенных из печени, сердца и мозга крыс.

При старении содержание мелатонина в организме резко уменьшается, в то же время снижается пороговая концентрация ионов Са2+, достаточная для открытия мPTP, что и приводит к нарушению функционального состояния митохондрий и выхода в цитозоль цитохрома с, вызывающего гибель клеток.

«В наших экспериментах мы показали, что длительный прием мелатонина способствует повышению критической для открытия мPTP –поры концентрации Са2+, — рассказывают старшие научные сотрудники лаборатории фармакологической регуляции клеточной резистентности ИТЭБ РАН Ольга Крестинина, Юлия Бабурина и Ирина Одинокова — при этом выход цитохрома С заметно снижается. Также мы обнаружили, что сдерживающее влияние мелатонина на открытие митохондриальной поры связано с тем, что он сохраняет внутри митохондрии фермент CNPазу, перерабатывающий молекулы циклического АМФ, который образуется в клетке при повреждениях в результате деградации РНК. Накопление цАМФ внутри митохондрии также приводит к понижению пороговой концентрации Са2+, что в конечном итоге, вызывает гибель клеток. При старении уровень CNPазы снижается.

Длительный прием мелатонина даже у старых животных способствует сохранению CNPазы в митохондриях, препятствует открытию мPTP и таким образом улучшает функции митохондрий».

Работа поддержана грантом РФФИ (14-04-00625) и грантом Правительства Российской федерации №14.Z50.0028.