Что такое митохондриальный биогенез?
Митохондриальный биогенез - это просто процесс, с помощью которого ваше тело производит больше митохондрий.
Обычно это происходит в результате повышенного спроса на энергию (1). Результатом митохондриального биогенеза является увеличение количества и размера митохондрий внутри клетки, что означает повышенную способность производить энергию или АТФ (2). На биогенез митохондрий влияют стрессы окружающей среды, такие как упражнения, ограничение калорийности, круговорот питательных веществ, воздействие холода, тепла, временное кислородное голодание, УФ-свет, некоторые фитонутриенты и ксенобиотики, а также красный и ближний инфракрасный свет.
Митохондриальный биогенез был впервые описан более 40 лет назад пионером в области физиологии упражнений Джоном Холлоши, профессором Вашингтонского университета в Сент-Луисе, штат Миссури. Он обнаружил, что тренировки на выносливость приводят к значительному увеличению содержания митохондрий в мышцах, что увеличивает способность мышц поглощать глюкозу во время и после тренировки (3).
Что такое мтДНК?
Митохондрии имеют свою собственную ДНК, митохондриальную ДНК (мтДНК) , которые представляют собой небольшие круглые хромосомы, обнаруженные внутри митохондрий. Митохондриальная ДНК содержит 37 генов, все из которых необходимы для нормальной функции митохондрий.
Тринадцать из этих генов предоставляют инструкции по созданию ферментов, участвующих в окислительном фосфорилировании, а остальные предоставляют инструкции по созданию молекул, называемых транспортной РНК (тРНК) и рибосомной РНК (рРНК), которые являются химическими родственниками ДНК. Они помогают собирать строительные блоки белка (аминокислоты) в функционирующие белки (4).
Интересно, что мтДНК передается потомству через материнскую яйцеклетку, а не через сперму отца, что позволяет нам проследить родословную по женской линии. Это также делает мтДНК особенно интересной в судебной медицине для идентификации людей или трупов (5).
Понимание того, как работает митохондриальный биогенез
Митохондрии образуются в результате передачи информации от генов как в ядерном геноме, так и в митохондриальном геноме (6). Биогенез митохондрий требует тщательной координации ядерных и митохондриальных генов, чтобы гарантировать правильную сборку и функцию большого набора белков, составляющих дыхательную цепь митохондрий. Форма митохондрий во многом определяется балансом активности митохондрий по делению и слиянию (7).
Деление - это разделение одной органеллы на две или несколько независимых структур. Это сложный процесс, который включает разделение как OMM (внешней митохондриальной мембраны), так и IMM (внутренней митохондриальной мембраны), а затем их воссоединение в правильной ориентации. Этот процесс требует надлежащего разделения митохондриальных белков и мтДНК (митохондриальной ДНК), чтобы каждая дочерняя органелла могла нормально функционировать (8).
С другой стороны, слияние митохондрий - это физическое слияние внешней, а затем и внутренней митохондриальных мембран двух изначально различных митохондрий (9). Слияние помогает снизить стресс, смешивая содержимое частично поврежденных митохондрий для создания новых более здоровых митохондрий.
Метаболический гомеостаз является результатом координации, и тесного взаимодействия митохондриального биогенеза и митофагии (удаление поврежденных митохондрий посредством аутофагии). Оба процесса должны происходить в равновесии, чтобы гарантировать удаление поврежденных и / или избыточных митохондрий и создание новых здоровых митохондрий (10).
Нарушение равновесия между митохондриальным биогенезом и избирательной аутофагией вызывает ухудшение клеточной функции и гибель клеток, что может привести к нескольким патологическим состояниям у людей, включая нейродегенеративные заболевания, миопатии и другие возрастные нарушения.
Регуляция митохондриального биогенеза
Биогенез митохондрий в основном опосредуется активацией коактиватора рецептора-гамма-рецептора 1 альфа, активируемого пролифератором пероксисом (PGC1α) (11). PGC1α является коактиватором транскрипции и главным регулятором митохондриального биогенеза. Он также играет важную роль в поддержании гомеостаза глюкозы, липидов и энергии. PGC1α очень чувствителен к различным сигналам окружающей среды, от температуры, до состояния питания и физической активности, и сам активируется повышенными уровнями AMP и NAD +.
При активации, PGC1α запускает высвобождение нескольких факторов транскрипции, в том числе ядерных респираторных факторов (Nrf1 и Nrf2) и рецепторов, активируемых пролифератором пероксисом (PPAR), которые защищают митохондрии от окислительного повреждения, и регулируют метаболические пути и биологические процессы в тканеспецифичных тканях.
Как тироидный гормон способствует митохондриальному биогенезу
Гормон щитовидной железы (Т3) оказывает сильное влияние на нормальное развитие и обмен веществ (12). Гипотиреоз связан со значительным снижением скорости основного обмена, потребления кислорода и скорости окисления глюкозы, жирных кислот и аминокислот. Инъекция Т3 для повышения уровня гормонов щитовидной железы, напротив, увеличивает потребление кислорода, скорость метаболизма, температуру тела и частоту сердечных сокращений в течение 24-48 часов (13).
Гормон щитовидной железы (Т3) оказывает сильное влияние на биогенез митохондрий и окислительную способность клеток, возможно, за счет активации Nrf1 и PGC1α. (14,15) Он активирует разобщение окислительного фосфорилирования посредством различных механизмов с участием белков и липидов внутренней мембраны, что, по-видимому, отвечает за некоторые гиперметаболические эффекты гормона щитовидной железы (16).
Избыток гормона щитовидной железы, например, при гипертиреозе, был связан с увеличением производства активных форм кислорода (АФК), что приводит к окислительному повреждению тканей, которое может привести к повреждению митохондрий и дыхательной недостаточности (17). Таким образом, хотя избыток гормона щитовидной железы вреден для здоровья митохондрий, наличие здорового уровня гормона щитовидной железы может помочь защитить митохондрии от повреждений.
Поддержка более здоровой функции щитовидной железы является важной частью улучшения как общей производительности митохондрий, так и биогенеза. Если вы считаете, что страдаете от недостаточной активности щитовидной железы, обратитесь к врачу и пройдите обследование.
Антивозрастные преимущества митохондриального биогенеза
Снижение качества и активности митохондрий связано с нормальным старением и коррелирует с развитием широкого спектра возрастных заболеваний. Митохондрии способствуют определенным аспектам процесса старения, включая клеточное старение, хроническое воспаление и возрастное снижение активности стволовых клеток (18).
Митохондриальная дисфункция влияет на многие состояния, включая сердечно-сосудистые заболевания, нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона, депрессия, СДВГ, хроническая усталость , ME и фибромиалгия, диабет 2 типа, а также другие, обычно связанные со старением, такие как потеря слуха и зрения.
Возрастная потеря слуха затрагивает примерно одну треть всех людей старше 65 лет и связана с изменениями, происходящими в стареющем организме. В своей книге Save Your Hearing Now Майкл Сейдман показывает, что потеря слуха возникает из-за повреждения свободными радикалами и митохондриальной дисфункции, и может быть обращена вспять путем оптимизации выбора питания и образа жизни, особенно тех, которые стимулируют митохондриальный биогенез, например ограничение калорий.
Точно так же повышение уровня НАД + у старых мышей, по-видимому, восстанавливает функцию митохондрий (19). Повышение уровня НАД + активирует PGC1α, который запускает митохондриальный биогенез.
Нарушение производства энергии митохондриями также играет важную роль в старении кожи. Клетки фибробластов , которые производят коллаген и эластин, и сохраняют молодость кожи, демонстрируют серьезную митохондриальную дисфункцию . В результате падение энергии делает эти клетки менее способными выполнять важные функции, связанные с кожей, что способствует образованию морщин, сухости, дряблости, тусклости и плохому заживлению стареющей кожи (21).
Кроме того, возрастная дегенерация желтого пятна, катаракта и глаукома также демонстрируют митохондриальные компоненты.
Биогенез митохондрий замедляет старение за счет увеличения способности производить энергию. Улучшение производства энергии, в свою очередь, может иметь далеко идущие преимущества от увеличения продолжительности жизни, до улучшения использования энергии и защиты от свободных радикалов. Для более здорового старения нам необходимо, чтобы наши клетки избирательно избавлялись от дефектных митохондрий (посредством митофагии), и заменяли их посредством митохондриального биогенеза новыми, более эффективными.
Как активировать митохондриальный биогенез
При дисфункции митохондрий все может выйти из строя, поэтому стимуляция митохондриального биогенеза является ключом к поддержанию здоровья, энергии и долголетия (23 24). Чем больше у вас митохондрий, тем выше ваша способность адаптироваться и справляться со стрессорами. Поскольку стрессоры повсеместны в современном мире, и их очень трудно избежать, наличие более крупных, лучших и более крупных митохондрий является преимуществом.
Отсутствие митохондриальной стимуляции является причиной плохой функции / дисфункции митохондрий. И наоборот, стимуляция митохондрий может продлить жизнь на несколько лет, предотвратить болезни, повысить сопротивляемость, и значительно повысить уровень энергии. Ключ к этому - гормезис.
Гормезис - это «процесс, при котором воздействие низкой дозы химического агента или фактора окружающей среды, повреждающего в более высоких дозах, вызывает адаптивный положительный эффект на клетку или организм» (25). Физические упражнения - один из примеров герметического стрессора. Другие включают голодание, воздействие ультрафиолетового света, воздействие тепла и холода, ксенохорметины ( некоторые фитохимические вещества, содержащиеся в пище ), ксенобиотики и т.д. Они работают, создавая временный стресс, который запускает реакцию организма на опасность для клеток (CDR), которая затем стимулирует адаптацию, которая формирует устойчивость к другим стрессорам (26).
Например, воздействие тепла при использовании сауны напрямую связано со смертностью от всех причин. Многочисленные исследования показали, что по мере увеличения частоты и продолжительности посещения сауны, риск смерти уменьшается. Если бы какое-либо лекарство могло иметь такой же эффект, его бы провозгласили панацеей. Сауна - это мощное лекарство, и его преимущества подтверждены наукой (27).
В одном исследовании пациентов, страдающих синдромом хронической усталости , такие симптомы, как усталость, боль и сон, резко улучшились после 15-25 сеансов термотерапии (28).
Прерывистая гипоксия - еще одна, часто недостаточно используемая форма гормезиса. При прерывистой гипоксической тренировке (ИГТ) используются дыхательные техники (такие как пранаяма), чтобы вызвать низкий уровень кислорода в крови (и, следовательно, в клетках и митохондриях), чтобы постепенно научить митохондрии более эффективно использовать кислород.
К полезным изменениям в митохондриях относятся:
- Митохондриальный биогенез
- Уменьшение воспаления
- Повышение эффективности упражнений
- Повышение баланса нервной системы
- Улучшение сна
- Повышенная устойчивость к стрессу
- Лучшая иммунная функция
- Повышенная энергия
Прерывистая гипоксия буквально реконструирует поверхность раздела между воздушными мешочками (альвеолами) в легких и кровью, изменяя структуру митохондрий.
Одно исследование 102 пациентов-людей пришло к выводу, что ИГТ может быть добросовестным средством против старения, поскольку помогает очистить поврежденные и дисфункциональные митохондрии, и заменить их здоровыми митохондриями (среди других механизмов против старения, включая стимуляцию стволовых клеток). Другое исследование показало замечательные положительные эффекты ИГТ при лечении сердечно-сосудистых заболеваний, таких как гипертония, ишемическая болезнь сердца и сердечная недостаточность (29).
Наши предки жили во времена, когда гормезис был встроен в их жизнь. Сегодня нам больше не нужно заниматься спортом, мы никогда не сталкиваемся с нехваткой пищи, придерживаемся нездоровой диеты, лишенной диетических фитонутриентов, и живем в изолированной, контролируемой климатом среде, никогда не чувствуя себя ни слишком жарко, ни слишком холодно. Это эпоха борьбы с гормезисом, которая приводит к хрупкости. Слишком мало стресса так же токсично, как и слишком много стресса, а регулярное воздействие герметического стресса имеет решающее значение для оптимального здоровья и долголетия (30,31,32,33,34).
Заключение
Было показано, что митохондриальный биогенез с возрастом снижается, но только если вы не подвергаетесь воздействию обычных горметических стрессоров. Не будет преувеличением сказать, что гормезис, стимулирующий митохондриальный биогенез и митофагию, может быть фонтаном молодости. Повышая сопротивляемость стрессу и болезням, уменьшая воспаление и повышая энергию, он вызывает адаптивную реакцию организма и, в конечном итоге, приводит к увеличению продолжительности жизни и укреплению здоровья. PGC-1α играет центральную роль и является основным регулятором этого процесса.
Однако, когда дело доходит до гормезиса, как сказал несколько сотен лет назад знаменитый средневековый алхимик Парацельс: «Яд производит доза», поэтому очень важно найти правильную дозу для достижения желаемого эффекта. Как и в большинстве случаев, слишком много может быть вредным, а слишком маленькое - неэффективным.
#биохакинг #холистическая медицина #полезные советы #митохондриальный биогенез
Больше интересных статей здесь: Медицина.
Источник статьи: Как дожить до 100 лет с митохондриальным биогенезом.