Ингибирование аутофагии «спасает» дрозофил с мутациями в митохондриальном геноме

Варианты в митохондриальном геноме ассоциированы с редкими наследуемыми заболеваниями (митохондриальными заболеваниями) и другими состояниями, включая нейродегеративные и сердечно-сосудистые заболевания и аутоиммунные расстройства. Накопление мутаций происходит с течением времени и связано со старением. Митохондриальный геном имеет ограниченные способности к репарации, поэтому важно идентифицировать другие механизмы поддержания целостности митохондрий. Исследователи из Швеции, Германии и Великобритании проанализировали накопление мутаций у дрозофил с полимеразой гамма с ограниченной способностью к корректировке ошибок POLγ^exo-. Эти животные быстро накапливают точечные мутации в митохондриальном геноме, что приводит к дисфункции митохондрий и развитию патологических фенотипов. Авторы изучали на них механизмы компенсации.

Дрозофилы с POLγ^exo- в гомозиготе накапливают делеции и точечные мутации и погибают еще на личиночной стадии. Авторы провели скрининг третьей хромосомы, чтобы идентифицировать гены, которые могут компенсировать этот летальный фенотип. Они идентифицировали 17 локусов, делеция которых в гетерозиготе ведет к выживанию мушек POLγ^exo-. В этих локусах они выявили гены, связанные с формированием аутофагосомы (atg2, atg6, atg14 и cg11975), импортом митохондриальных белков (tim14), инсулиноподобным сигналингом роста (IIS) (dilp1, inR и glyS) и распознаванием питательных веществ (melted).

Исследователи подробнее охарактеризовали POLγ^exo- линии atg2^+/-, tim14^+/-, dilp1^+/- и melted^+/-. Такие дрозофилы доживали до взрослого возраста, но авторы анализировали личиночную стадию, чтобы можно было сравнить ее с POLγ^exo-. «Спасенные» линии имели нормальный размер и почти полностью восстановленную подвижность по сравнению с POLγ^exo-. Также нормализовалась работа митохондриальной дыхательной цепи (у dilp1^+/- и melted^+/- — полностью). У личинок POLγ^exo- также был снижен потенциал митохондриальных мембран, но у «спасенных» дрозофил он частично восстанавливался.

В большинства линий мутационная нагрузка не отличалась от POLγ^exo-, только у melted^+/- она была близкой к норме. Количество митохондриальных геномов у «спасенных» линий увеличивалось.

Анализ протеома личинок методом масс-спектрометрии показал, что белковых состав линий значительно различался. Примечательно, что у «спасенных» линий восстанавливались процессы окислительного фосфорилирования, гликолиза и метаболизма глутатиона, а также цикл трикарбоновых кислот. А вот метаболизм липидов и процессы деградации аминокислот с разветвленной цепью были более активны в «спасенных» линиях, чем в контрольной и POLγ^exo-.

В линии POLγ^exo- было меньше митохондриальных белков, чем у контролей, но их число восстанавливалось в «спасенных» линиях. Вероятно, это было связано с активацией макроаутофагии и большим числом лизосом в линии POLγ^exo-. Нарушение аутофагии на любом этапе не могло «спасти» фенотип, только дрозофилы с делецией факторов нуклеации atg18a или vps15 доживали до взрослого возраста.

Все выявленные факторы или связаны с аутофагией напрямую, или вовлечены в ее сигналинг через IIS и распознавание питательных веществ. Подавление нуклеации с помощью препаратов тоже улучшало фенотип личинок. По-видимому, рост мутационной нагрузки в митохондриальном геноме и дефекты окислительного фосфорилирования линии POLγ^exo- провоцируют разрушение старых митохондрий и биогенез новых, с еще большим числом мутаций. Неудивительно, что рапамицин, помогающий в разрушении поврежденных митохондрий, отрицательно влияет на фенотип дрозофил. Авторы предположили, что излишняя активность аутофагии ведет к дисфункции.

Затормозить старение у мушек можно, препятствуя накоплению F-актина в нейронах