Учёные изучили особенности функционирования митохондрий в иммунных клетках головного мозга

В научном журнале Nature Communications опубликована статья коллектива биологов Дартмутского колледжа (США). Работа проведена под руководством Роберта Хилла, сферой интересов которого являются нейробиология и молекулярная биология.

Иллюстрация от коллектива: использовали флуоресцентную визуализацию для фиксации работы иммунных клеток головного мозга, называемых микроглией. Видны клетки микроглии (пурпурного цвета) и их митохондрии (зелёного цвета) в процессе перемещения микроглии к месту повреждения.

Митохондрии в клетках организма выполняют функцию «энергетических станций». Поскольку эти бобовидные органеллы являются потомками древних бактерий, у них, в отличие от других органелл клетки, есть собственная ДНК.

Они участвуют во многих важнейших жизненных процессах — включая иммунный ответ, воспаление и обмен веществ.

Согласно теории симбиогенеза (эндосимбиоза) в её современной версии, много миллионов лет назад произошло уникальное событие, приведшее к слиянию клеток археи и протеобактерии. Возможно, клетка археи просто-напросто съела бактерию, но по какой-то причине не переварила. Как бы то ни было, в результате образовалась сложная клетка с митохондриями, которая и стала первым эукариотом (предком всех эукариот, в т.ч. и человека).

Согласно современным представлениям, предки митохондрий были свободноживущими протеобактериями, способными очень эффективно перерабатывать углеводы при помощи кислорода, которые попали внутрь клетки археи.

Архе?и (лат. Archaea, от др.-греч. ??????? «извечный, древний, первозданный, старый») — так называют одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра, а также каких-либо мембранных органелл.

Митохондрии есть во всех клетках человеческого организма и отвечают за производство энергии, которая необходима нам для жизни.

Иммунные клетки нервной системы, называемые микроглией, реагируют на повреждение в течение нескольких минут, выпуская отростки. «Это похоже на то, как войска реагируют на чрезвычайную ситуацию», — говорит профессор Роберт Хилл.

Удивительно, но исследователи обнаружили, что в отростках этих быстро реагирующих клеток на этапе экстренного реагирования на повреждение могут отсутствовать митохондрии — «энергетические станции» клетки. Они показали, что митохондриям требуется около шести часов, чтобы добраться до места назначения. Это означает, что ранние действия микроглии обеспечиваются либо гликолизом — относительно неэффективным способом получения энергии из сахара, либо энергией, вырабатываемой в других частях клетки.

Поскольку метаболизм микроглии может нарушаться в процессе старения и нейродегенерации, понимание того, как здоровая микроглия обеспечивает свои энергетические потребности, поможет исследователям определить, что именно идёт не так при различных неврологических заболеваниях и при старении.

«Это исследование закладывает основу для понимания роли митохондрий и микроглии в здоровом мозге, и мы будем обращаться к этим данным ещё долгое время, когда начнём изучать патологические процессы», — говорит Алисия Пьетрамале, биолог из исследовательской группы Роберта Хилла.

Высокомобильные клетки микроглии постоянно патрулируют мозг в поисках очагов повреждения тканей и вторгшихся патогенов. Они умеют менять форму и выпускать и втягивать отростки, называемые псевдоподиями, которые исследуют различные части тканей. Когда микроглия обнаруживает повреждённые клетки, частицы клеток или бактерии, она поглощает в процессе, называемом фагоцитозом, — по сути, поедая и переваривая повреждённый материал и бактерии.

Эти быстрые движения и изменения формы требуют больших затрат энергии, поэтому учёные исследовали митохондрии клеток, чтобы понять, как микроглия распределяет энергию для различных видов деятельности.

Предыдущие исследования показали, что в большинстве типов клеток митохондрии рассредоточены по всей внутренней части, хотя некоторые клетки стратегически размещают митохондрии в тех своих участках, где высокие энергетические потребности.

Однако об особенностях функционирования митохондрий в микроглии известно немного.

«Поскольку микроглии нужна энергия для быстрой реакции на травматическое воздействие, мы ожидали, что их митохондрии будут перемещаться вместе с ними», — говорит Хилл.

Исследователи использовали мышей, микроглия и митохондрии которых были помечены флуоресцентными маркерами, что позволило им снимать и фотографировать микроглию в её естественной рабочей среде.

«Самое мощное в нашем исследовании — это то, что мы можем изучать микроглию в живом мозге, — говорит Пьетрамале. — Большая часть наших знаний о митохондриях микроглиальных клеток получена в ходе исследований клеточных культур, но функции микроглии во многом зависят от того, что происходит в их микроокружении».

Исследователи неожиданно обнаружили, что митохондрии распределены по клеткам микроглии неравномерно. В некоторых отростках клеток было много митохондрий, в то время как в других их не было совсем, а в более активных отростках митохондрий было меньше, чем в менее активных.

«Это открытие многое говорит о том, как микроглия способна выполнять множество различных функций одновременно, — говорит Пьетрамале. — Зачем тратить энергию на транспортировку митохондрий во все части микроглии, если некоторые из этих процессов длятся всего минуту?»

Исследователи зафиксировали с помощью видео: микроглия в течение нескольких минут направляла отростки к повреждённому участку ткани, но в этих отростках не было митохондрий в течение нескольких часов после повреждения, сообщает команда. Митохондрии начали появляться только через три часа и в большом количестве присутствовали через шесть часов после повреждения.

Команда исследователей показала, что это движение митохондрий зависит от микротрубочек — подвижных белков, которые словно бы формируют железнодорожные путям внутри клеток, по которым транспортируются митохондрии.

«Митохондриям нужна дорога, по которой они могут двигаться, и эта дорога состоит из микротрубочек, — говорит Хилл. — Микротрубочкам нужно время, чтобы появиться, а митохондриям — чтобы переместиться по ним, поэтому мы наблюдаем такую задержку».

Когда команда проанализировала уже существующие микроскопические изображения микроглии человека, они обнаружили схожие закономерности.

«Иммунная система мыши является очень хорошей моделью иммунной системы человека, но всегда полезно убедиться, что то, что мы наблюдаем у мышей, характерно и для людей, чтобы в дальнейшем можно было использовать эти данные для разработки методов лечения», — говорит Пьетрамале.

Теперь, когда команда из Дартмутского колледжа уже получила представление о том, как происходит функцинирование митохондрий микроглии в здоровых клетках, исследователи изучают, как нарушается этот процесс при болезнях и старении.

Первые результаты уже получены, и будут обнародованы в следующей научной статье.

«Наш очередной этап — изучение этого процесса в стареющем мозге и в мозге с воспалительными процессами», — говорит Алисия Пьетрамале.

Ссылка на научную статью: Alicia N. Pietramale et al, Mitochondria are absent from microglial processes performing surveillance, chemotaxis, and phagocytic engulfment, Nature Communications (2025).

DOI: 10. 1038/ s41467-025-66708-6

Источник: vk.com

Комментарии: