Могут ли митохондрии человека работать при 50°C?

Температура нашего тела удерживается на довольно устойчивом уровне 36,5° C, и всегда было предположение, что большинство наших физиологических процессов происходит при этой температуре.

Тепло, необходимое для поддержания этой температуры в условиях более холодной окружающей среды, генерируется крошечными субклеточными структурами, называемыми митохондриями.

Но новое исследование, опубликованное 25 января в журнале открытого доступа PLOS Biology исследователями INSERM и CNRS  во главе с доктором Пьером Рустином (и их международными сотрудниками из Финляндии, Южной Кореи, Ливана и Германии) представляет собой удивительное доказательство того, что митохондрии могут функционировать при температуре  более чем на 10° C  выше, чем температура тела, и действительно оптимизированы для этого.

Из-за необычной природы этих выводов, PLOS Biology попросила профессора Ника Лейна из Университетского колледжа в Лондоне, эксперта по эволюционной биоэнергетике. прокомментировать их.

Чтобы обеспечить стабильную внутреннюю температуру, человеческий организм использует тепло, выделяемое на последней стадии потребления пищи: сжигание питательных веществ в структурах, известных как митохондрии, которых в каждой клетке находятся десятки или сотни.

Митохондрии образуют сложную сеть внутри клетки, и их содержимое изолировано от остальной части клетки двумя мембранами. Внутри их происходит значительное количество биологически катализируемых химических реакций; 40% энергии, которую они высвобождают, захватывается в виде химического соединения, АТФ, которое используется для управления функциями организма, такими как сердечные сокращения, активность мозга или сокращение мышц. Остальные 60%, однако, рассеиваются как тепло.

Результаты авторов показывают, что при поддержании нашего тела при постоянной температуре 36,5 ° C митохондрии действуют так же, как термостатические излучатели в плохо изолированном помещении, работающие при гораздо более высокой температуре, чем их окружающая среда.

Эта работа стала возможной благодаря использованию химического зонда, флуоресценция которого особенно чувствительна к температуре. Когда этот «молекулярный термометр» (Mito Thermo Yellow) был введен в сердце митохондрий, они смогли продемонстрировать стабилизированную температуру около 50° C. В частности, флуоресценция зонда показала, что температура митохондрий в живых и интактных клетках, которые помещены в культуральную среду, поддерживаемую при 38° С, выше, более чем на 10° С, при условии, что митохондрии являются функциональными. Эта повышенная температура отменяется, когда митохондрии инактивируются различными способами. Исследователи также показали, что несколько человеческих митохондриальных ферментов развили оптимальную температуру, близкую к 50° C.

Ник Лэйн, эксперт по эволюционной биоэнергетике, считает результаты потенциально захватывающими, но предупреждает, что дальнейшая работа должна быть продолжена. Он говорит, что: «Это радикальное утверждение, и если это правда, почему мы до сих пор не знали чего-то столь важного?»

Авторы исследования признают, что высокие температуры внутри митохондрий являются неожиданными, но подчеркивают, что это откровение должно привести к переоценке нашего видения того, как функционируют митохондрии и их роль в клетках. «Значительная часть наших знаний о митохондриях, активности их ферментов, проницаемости их мембран, о последствиях генетических дефектов, которые ухудшают их активность, о влиянии токсинов или наркотиков, были установлены при температуре 36,5° C, обычной температуре человеческого тела, но, по-видимому, это не относится к митохондриям », — говорят они.

«Независимо от того, правильны ли эти идеи или нет, распределение и тепловыделение митохондрий в клетках следует воспринимать гораздо более серьезно. Эти исследования возвращают столь важный вопрос в центр внимания», — заключает Ник Лейн.

Больше информации: Chrétien D, Bénit P, Ha H-H, Keipert S, El-Khoury R, Chang Y-T, et al. (2018) Mitochondria are physiologically maintained at close to 50°C. PLoS Biol 16(1): e2003992. doi.org/10.1371/journal.pbio.2003992

Lane N (2018) Hot mitochondria? PLoS Biol 16(1): e2005113. doi.org/10.1371/journal.pbio.2005113