В человеческой крови нашли дышащие митохондрии

Французские биологи нашли в плазме крови неповрежденные молекулы митохондриальной ДНК в частицах размером с целые митохондрии, сообщается в FASEB Journal. Судя по всему, это интактные митохондрии, и они, как и аналогичные органеллы внутри клеток, способны к реакциям кислородного этапа клеточного дыхания.

У эукариот в норме ДНК содержится внутри клеток и окружена мембраной — ядерной или митохондриальной. Если эта молекула находится в цитоплазме или в межклеточном пространстве, это, как правило, признак вирусной инфекции или гибели и фрагментации ряда клеток. Также ее источниками служат клетки раковых опухолей и ряд других.

Обычно свободно циркулирующая ДНК (так ее называют в данном случае) имеет ядерное происхождение и связана с белками-гистонами, которые защищают ее от деградации. Однако дезоксирибонуклеиновая кислота из митохондрий тоже может находиться вне клеток. Хотя в теории она быстрее распадается, так как не защищена гистонами, ее можно использовать как маркер различных заболеваний от рака молочной железы до ишемии сердечной мышцы. К тому же, исследование 2019 года показало, что в крови здорового человека свободной митохондриальной ДНК в 50 000 раз больше, чем ядерной.

Теперь биологи из Университета Монпелье (авторы последней упомянутой статьи) во главе с Аленом Тьерри (Alain R. Thierry) с помощью полимеразной цепной реакции в реальном времени оценили количество молекул свободной митохондриальной ДНК из плазмы крови здоровых людей и пациентов с раком прямой кишки, а также длину её фрагментов.

Кроме того, ученые подготовили препараты крови для электронной микроскопии, чтобы оценить строение и размеры плавающих в ней частиц. А присутствие митохондрий и их фрагментов в плазме проверили с помощью флуоресцентного красителя, который присоединяется к митохондриальным белкам. То же провели и для культур клеток рака прямой кишки человека.

Левый столбец: свободные митохондрии, окрашенные флуоресцентным красителем. Правый столбец: электронные микрофотографии митохондрий и их фрагментов из тех же препаратов. Первая строка — плазма крови, вторая и третья строки — культуры клеток рака прямой кишки.

И у больных, и у здоровых средняя длина фрагментов митохондриальной ДНК в плазме крови оказалась близка к таковой для неповрежденной молекулы. Чаще всего эти ДНК содержались внутри мембранных структур средним диаметром 0,22 микрометра, что соответствует размеру целой митохондрии. Когда исследователи выделили эти структуры и определили у них уровень потребления кислорода, выяснилось, что он достаточно велик, а значит, эти органеллы вполне способны к реакциям клеточного дыхания.
В работе не проверяли, как долго свободные митохондрии могут существовать в плазме крови. Зачем они находятся там в больших количествах (от 0,2 до 3,7 миллионов на миллилитр плазмы), пока неясно. Авторы предполагают, что органеллы могут служить как средство коммуникации между клетками. Возможно, их наличие активирует процессы воспаления, но это не объясняет обилие свободных митохондрий в крови здоровых людей.

Хотя митохондрии играют ключевую роль в дыхании клеток, некоторые организмы могут прожить без них. Таковы, например, простейшие из группы Monocercomonoides, которых обнаружили в кишечнике шиншиллы коллеги авторов соответствующей статьи. А если число митохондрий снизить в культуре стареющих клеток или печени мыши, они будут производить значительно меньше сенесцентных (указывающих на старение) белков.