Судьба стволовых клеток зависит от возраста митохондрий

Когда стволовые клетки делятся, они дают начало либо клеткам ткани, в которой находятся, либо новым стволовым клеткам. Исследователи из Хельсинкского университета изучали регуляцию этого процесса на эпителиальных стволовых клетках молочной железы человека. Ранее эта же команда ученых показала, что в некоторых случаях судьба дочерних клеток зависит от распределения митохондрий во время деления.

При делении клеток митохондрии распределяются не случайно: одна клетка наследует в основном старые митохондрии, а другая — молодые. Потомки, которые наследуют старые митохондрии, дифференцируются. А клетки, которые получают молодые митохондрии, остаются стволовыми.

В новой работе авторы провели протеомный анализ и обнаружили, что старые и молодые митохондрии различаются по белковому составу — в старых митохондриях оказалось больше белков дыхательной цепи переноса электронов. Из-за этого метаболические процессы в старых и молодых митохондриях протекают неодинаково.

«Включение генов, играющих главную роль в функционировании клеток, определяет их идентичность, но метаболизм, по-видимому, является самым первым фактором, определяющим судьбы клеток», — говорит Пекка Катайисто, соавтор работы и доцент Хельсинкского института естественных наук Хельсинкского университета.

В частности, в молодых митохондриях содержится мало железосерного белка Риске комплекса III дыхательной цепи митохондрий. Из-за этого в них преобладает альтернативный путь окисления глюкозы — пентозофосфатный, а не стандартный гликолиз. Благодаря этому дочерняя клетка остается стволовой.

В зрелых митохондриях этого белка достаточно, поэтому в клетках, куда они попадают, электрон-транспортная цепь работает лучше. Такие клетки дифференцируются.

«Когда мы ограничили клеточное дыхание, уменьшив количество белка, которого много в старых митохондриях, дочерние клетки фактически остались самообновляющимися стволовыми клетками», — отмечает соавтор исследования Джулия Говениус из Хельсинкского университета.

Кроме белков авторы анализировали также липидный состав изолированных органелл. В старых митохондриях было больше ключевого митохондриального фосфолипида — кардиолипина, в то время как в целом фосфолипидный состав молодых и старых митохондрий был схожим. Внутренняя мембрана митохондрий примерно на 20% состоит из кардиолипина, он необходим для сборки и функционирования электрон-транспортной цепи.

Точно так же мембранный потенциал в старых митохондриях был выше, чем в молодых.

Чтобы проанализировать активность митохондриального окислительного фосфорилирования, ученые измерили синтез супероксида во время цитокинеза. В дочерних клетках, которые унаследовали большинство старых митохондрий, активность была значительно выше.

Таким образом, авторы подтвердили как функциональные различия митохондрий разного возраста, так и факт, что именно эти различия объясняют, почему одни клетки дифференцируются, а другие — нет.

Новая работа — часть фундаментального исследования, важного для разработки новых способов стимулирования регенерации тканей.