به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، نقص‌های میتوکندریایی ناشی از جهش‌های ژنتیکی نادر باعث می‌شود سلول‌های انسانی متابولیسم خود را افزایش دهند. اگرچه این به بقای کوتاه مدت کمک می‌کند، اما هزینه بالایی دارد: متابولیسم بیش از حد ممکن است یکی از دلایل کلیدی برای افزایش چشمگیر سرعت پیری سلول‌ها است و می‌تواند بهترین دلیل باشد که چرا اکثر سلول‌ها با بالا رفتن سن شرایط بدی پیدا می‌کنند. این قضیه مهم می‌تواند به میتوکندری، اندامک‌ تامین کننده انرژی در سلول‌ها مرتبط باشد. درست است که این مفهوم تازه نیست، اما تا به حال شواهد مستقیم در سلول‌های انسانی نداشته‌ایم. نتایج مطالعه‌ای که اخیراً در Communications Biology منتشر شده و توسط محققان دانشگاه کلمبیا انجام شده است، نشان داده است که سلول‌های انسانی مبتلا به میتوکندری‌های آسیب‌دیده با افزایش بیش از حد مصرف انرژی، بیشتر پاسخ می‌دهند و انرژی مصرف می‌کنند. این فرآیند که به عنوان هایپرمتابولیسم شناخته می‌شود، به سلول‌ها اجازه می‌دهد تا به طور موقت زنده بمانند، اما سرعت پیری آنها را نیز به میزان قابل توجهی تسریع می‌کند

مطالعه نقص‌های فسفوریلاسیون اکسیداتیو اولیه میتوکندری (OxPhos)

بیماران مبتلا به نقص‌های فسفوریلاسیون اکسیداتیو اولیه میتوکندری (OxPhos) با خستگی و اختلالات چند سیستمی ظاهر می‌شوند، اغلب لاغر هستند و زودتر می‌میرند. با ادغام داده‌های 17 گروه از بیماران مبتلا به بیماری‌های میتوکندری (n = 690) شواهدی پیدا کردیم که این اختلالات مصرف انرژی در حالت استراحت یا ایجاد حالت هایپرمتابولیسم را توضیح می‌دهد، ما این پدیده را به صورت طولی در فیبروبلاست‌های مشتق شده از بیماران چندین اهداکننده بررسی کردیم و متوجه شدیم که نقص OxPhos باعث افزایش متابولیسم و کاهش طول عمر در سلول‌ها و در بیماران مبتلا به بیماری‌های میتوکندری می‌شود" .

عملکرد میتوکندری و اختلالات ناشی از آن

فسفوریلاسیون اکسیداتیو میتوکندریایی مسیر اصلی برای تولید ATP در سلول‌های یوکاریوتی است. در طی این فرآیند، انرژی ردوکس سلولی حاصل از تجزیه غذا به یک گرادیان پروتون در سراسر غشای میتوکندری داخلی (به نام نیروی محرکه پروتون) تبدیل می‌شود که برای کاتالیز کردن تشکیل ATP استفاده می‌شود. کمپلکس‌های زنجیره تنفسی I، III و IV در حین مصرف اکسیژن، پروتون‌ها را در سراسر غشای میتوکندری داخلی پمپ می‌کنند. کمپلکس V، آنزیم مرکزی در تبدیل انرژی، گرادیان پروتون را در سراسر غشاء پراکنده کرده و فسفوریلاسیون ADP به ATP را کاتالیز می‌کند. در میتوکندری‌هایی که به طور معمول کار می‌کنند، تنفس میتوکندریایی با تشکیل نیروی محرکه پروتون پیوند محکمی دارد و اتلاف نیروی محرکه پروتون ارتباط نزدیکی با سنتز ATP دارد. این جفت شیمی‌اسموتیک محکم بین تنفس و سنتز ATP، تبدیل انرژی کارآمد را تضمین می‌کند. تا به امروز، بیش از 300 شکل ژنتیکی مولکولی بیماری میتوکندری گزارش شده است. این اختلالات ناشی از انواع بیماری زا در DNA هسته‌ای یا میتوکندری (mtDNA) است. بیشتر موارد مغلوب با کاهش تنفس هستند. در مقابل، اولین بیماری میتوکندری توصیف شده، سندرم لوفت، منجر به یک حالت یوتیروئیدی و هیپرمتابولیک می‌شود که با نرخ بالای تنفس میتوکندریایی جدا از سنتز ATP ناشناخته مشخص می‌شود.

معایب فرایند هایپرمتابولیسم

دکتر Martin Picard، استاد پزشکی رفتاری (در روانپزشکی و نورولوژی) در کالج پزشکان و جراحان Vagelos دانشگاه کلمبیا و محقق اصلی این طرح، می‌گوید: «این یافته‌ها در سلول‌های بیماران مبتلا به بیماری‌های نادر میتوکندری به دست آمده است، اما ممکن است برای سایر شرایطی که بر میتوکندری تأثیر می‌گذارند، از جمله بیماری‌های عصبی، بیماری‌های التهابی و عفونت‌ها نیز مرتبط باشد». علاوه بر این، هایپرمتابولیسم ممکن است یک دلیل کلیدی برای خراب شدن بیشتر سلول‌ها با افزایش سن باشد. سلول‌های هایپرمتابولیک سریعتر پیر می‌شوند

تسریع فرایند پیری با سلول‌های هایپرمتابولیک

 به طور کلی فرض بر این بود که نقص میتوکندری (که تبدیل منابع غذایی به انرژی قابل استفاده را مختل می‌کند) سلول‌ها را مجبور می‌کند تا سرعت متابولیسم خود را در تلاش برای حفظ انرژی کاهش دهند. با این حال، با تجزیه و تحلیل فعالیت متابولیک و مصرف انرژی در سلول‌های بیماران مبتلا به بیماری‌های میتوکندری، محققان دریافتند که سلول‌های دارای میتوکندری آسیب‌دیده مصرف انرژی خود را دو برابر می‌کنند. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل مجدد داده‌های صدها بیمار مبتلا به بیماری‌های مختلف میتوکندری نشان داد که نقص‌های میتوکندری هزینه انرژی زندگی را در سطح کل بدن افزایش می‌دهد. اگرچه این افزایش انرژی سلول‌ها را در حال فعال نگه می‌دارد، ولی تلومرهای سلول (کلاه‌هایی که از انتهای کروموزوم‌های ما محافظت می‌کنند) را نیز تخریب می‌کند و پاسخ‌های استرس و التهاب را فعال می‌کند و به طور کل اثر خالص پیری بیولوژیکی را تسریع می‌کند.

Gabriel Sturm ، دانشجوی فارغ التحصیل و نویسنده ارشد این مقاله می‌گوید: «وقتی سلول‌ها انرژی بیشتری برای ساخت پروتئین‌ها و سایر مواد ضروری برای بقای کوتاه‌مدت مصرف می‌کنند، احتمالاً منابعی را از فرآیندهایی می‌دزدند که بقای طولانی‌مدت را تضمین می‌کنند، مانند منابع حفظ تلومرها».

متابولیسم، خستگی و پیری

این حالت هایپرمتابولیک می‌تواند توضیح دهد که چرا افراد مبتلا به بیماری‌های میتوکندری، خستگی و عدم تحمل ورزش را از جمله علائم دیگر تجربه می‌کنند. برای جبران انرژی اضافی که در سلول‌هایتان مصرف می‌کنید، بدن به شما می‌گوید که بیش از حد به خودتان فشار نیاورید، تا انرژی را حفظ کنید. پیکارد می‌گوید: ما احتمالاً همان پویایی را می‌بینیم که افراد پیر می‌شوند و نشاط آنها کاهش می‌یابد. این مطالعه به هیچ راه‌حل جدیدی برای بیماران مبتلا به بیماری‌های میتوکندری اشاره نمی‌کند که در حال حاضر قابل درمان نیستند، اما توصیه‌های فعلی برای حرکت بیشتر بیماران را تقویت می‌کند. استورم می‌گوید: «این ممکن است خلاف واقع به نظر برسد، زیرا اگر فعال‌تر باشید، انرژی بیشتری مصرف می‌کنید و احتمالاً علائم خود را بدتر می‌کنید. "اما ورزش برای افزایش کارایی ارگانیسم شناخته شده است. برای مثال، فردی که می‌دود، نسبت به فردی که فعالیت فیزیکی ندارد، انرژی کمتری برای حفظ فرآیندهای اولیه بدن مصرف می‌کند.بنابراین بهبود کارایی ارگانیسم، که مصرف انرژی را در سلول‌ها کاهش می‌دهد و خستگی و سایر علائم را بهبود می‌بخشد، ممکن است تا حدی مزایای سلامتی ورزش را در بیماران مبتلا به بیماری‌های میتوکندری و افراد سالم توضیح دهد.

جستجوی درمان‌های جدید برای بیماری‌های میتوکندری

Picard می‌گویددرجستجوی‌درمان‌های جدید برای بیماری‌های میتوکندری، محققان باید بر روی هایپرمتابولیسم تمرکز کنند. اگرچه نقص‌های میتوکندریایی توانایی سلول‌ها برای تولید انرژی را مختل می‌کند، ولی این کمبود انرژی ممکن است آغازگر اولیه بیماری نباشد. در همین راستا مطالعه ما نشان می‌دهد که این نقص‌ها باعث افزایش مصرف انرژی می‌شود، زیرا برای حرکت دادن سوزن به صورت درمانی، ممکن است نیاز باشد که هایپرمتابولیسم را هدف قرار دهیم. ما به تحقیقات بیشتری نیاز داریم تا بدانیم آیا این کار موثر است یا خیر.» هایپرمتابولیسم در سایر بیماری‌ها نیز رایج است. بنابراین اگر افزایش مصرف انرژی سلولی نقشی سببی در پیشبرد روند پیری داشته باشد، هدف قرار دادن هایپرمتابولیسم ممکن است راهی برای بهبود خستگی، بهبود کیفیت زندگی افراد یا حتی کند کردن پیری بیولوژیکی باشد.

پایان مطلب/.