Dawno temu były ponoć osobnymi bytami, które ostatecznie zrezygnowały z dużej części swojej suwerenności. Ich kształt, wielkość, liczba i rozmieszczenie w komórce zmieniają się w zależności od jej rodzaju i funkcji. Mitochondria, czyli absolutnie fascynujące organella komórkowe, które dosłownie - napędzają nas do życia. W ostatnich latach pojawił się ogrom doniesień naukowych łączących kondycję mitochondriów ze zdrowiem człowieka - w tym ze zdrowiem mózgu, dlatego chciałabym poświęcić im nieco więcej uwagi.
Podstawowe informacje:
1. Dostarczają komórkom energię do przeprowadzenia fundamentalnych czynności życiowych. Potocznie nazywane są piecami energetycznymi. Zużywają 85-90% tlenu przyswajanego przez ciało, ale oprócz syntezy ATP, jako nośnika energii, biorą udział w tak istotnych zjawiskach jak apoptoza (programowa śmierć komórki), nekroza czy utlenianie tłuszczy/metabolizm
2. Dziedziczymy je najprawdopodobniej tylko po matce (choć jak to zwykle bywa w nauce, pojawiły się w tym kontekście pewne wątpliwości i istnieją mutacje, które mogą spowodować dziedziczenie również po ojcu, są to zjawiska patologiczne). Choroby mitochondrialne - mitochondriopatie przekazywane są potomstwu tylko przez kobietę.
3. Mają zdolność do podziałów. Stale też łączą się ze sobą i rozłączają, wymieniając się zawartością, stanowią niezwykle dynamiczne struktury. Prawidłowa fuzja i fizja mitochondriów jest fundamentem zdrowia organizmów. Zużyte lub wadliwe mogą być od sieci odłączane i usuwane przez bez zagrożenia dla całego systemu.
4. Ich uszkodzenia mogą być przyczyną wielu zagrażających życiu chorób. Co gorsza, rozwojowi tych schorzeń sprzyja niska odporność DNA mitochondriów na ''urazy'' – mało sprawny system naprawczy, więc spada szansa naprawy błędów w kodzie genetycznym, za to rośnie ryzyko zajścia mutacji. Zwiększoną akumulację mutacji mtDNA opisywano w starzejących się tkankach oraz w schorzeniach neurologicznych, metabolicznych i towarzyszących starzeniu się.
5. Mają absolutnie przepiękną morfologię - pofałdowany grzebień zatopiony w soczyste matrix, w którym dzieje się ogrom biochemii. Posiadają podwójną błonę mitochondrialną – zewnętrzną oraz wewnętrzną. Błona wewnętrzna jest silnie pofałdowana, w efekcie czego tworzy grzebienie mitochondrialne. Błony otaczają przestrzeń zamkniętą wypełnioną macierzą.
6. Ich liczba maleje wraz z wiekiem (tzw. wolnorodnikowa teoria starzenia dotyczy właśnie ich uszkodzeń przez reaktywne formy tlenu), mają szczególne znaczenie w pracy mózgu i rozwoju chorób neurodegeneracyjnych.
7. Cyjanek potasu jest dla nich bardzo groźną trucizną. Tworzy kompleks z żelazem, który jest kofaktorem bardzo ważnego mitochondrialnego enzymu - oksydazy cytochromowej. Zahamowanie działania tego enzymu blokuje oddychanie komórkowe.
8. Były inspiracją dla George'a Lucasa, który wzorował na nich midichloriany w ''Gwiezdnych Wojnach''
9. Uważane są za potomków morskich bakterii sprzed miliardów lat, zostały wchłonięte przez organizmy jądrowe i pozostały w nich mając swój własny materiał genetyczny, część białek produkują samodzielnie i wykazują bardzo dużą niezależność w komórce
Mózg wydaje się być szczególnie wrażliwy na proces starzenia, ponieważ pojawianie się chorób neurodegeneracyjnych, w tym choroby Alzheimera, jest związane właśnie z postępującym wiekiem. Coraz więcej dowodów wskazuje na zaburzenia bioenergetyczne jako czynnik powstawania chorób mózgu. Mitochondria znalazły się w centrum tych rozważań, są nie tylko głównymi producentami energii i reaktywnych form tlenu w komórkach. Mają ogromny wpływ na neuroprotekcję/utrzymanie zdrowia mózgu. Stanowią też element różnic płciowych w kontekście jego starzenia się.
1. Pełnią funkcje w regulowaniu poziomu wapnia. Jest to konieczne między innymi w stanach takich jak niedokrwienie, kiedy to poziom wapnia w komórce gwałtownie wzrasta („zapalnik ischemiczny”) i jest śmiertelny dla neuronów.
2. Komórki postmitotyczne (nie dzielą się już w trakcie swego życia!) - takie jak neurony, są bardziej wrażliwe na akumulację uszkodzeń oksydacyjnych w porównaniu z dzielącymi się komórkami - gromadzenie się mutacji w mitochondrialnym DNA (mtDNA) podczas starzenia się.
3. Nieprawidłowa fuzja i fizja mitochondriów (łączenie się z innymi mitochondriami, podziały) i zaburzone powstawanie (biogeneza) oraz usuwanie (mitofagia) są mocno związane z chorobami takimi jak schizofrenia, choroba Alzheimera, Huntingtona i Parkinsona. Defekty w ich biogenezie prowadzą do upośledzenia neuronów i neurodegeneracji. Sprawna dynamika mitochondriów wydaje się być kluczowa dla utrzymania zdrowej populacji tych organelli w komórce.
4. Prawidłowa dystrybucja mitochondriów neuronów ma zasadnicze znaczenie dla jego funkcjonalności - czy jest to synapsa, czy jest to włókno nerwowe czy ciało komórki. To ważne dla utrzymania zapotrzebowania na energię w określonych lokalizacjach neuronu. Np. mitochondria na zakończeniach nerwowych (gdzie tworzy się synapsa) są bardziej wrażliwe na dysfunkcję związaną z wiekiem i uszkodzenia oksydacyjne w porównaniu z mitochondriami niesynaptycznymi.
5. Wraz z wiekiem samce (i mężczyźni) wykazują zmniejszoną zdolność do wytwarzania energii i mniej efektywnie działające mitochondria w mózgu. Monitorowanie zawartości glutationu (jednych z najważniejszych i najmocniejszych antyoksydantów w ludzkim ciele) w mózgu wykazało jego wyższe poziomy u młodych kobiet (± 26 lat) w korze czołowej i ciemieniowej w porównaniu z młodymi mężczyznami. Z wiekiem ulega to stopniowemu spadkowi, który u kobiet jest mniej drastyczny. Kobiety wydają się być lepiej uzbrojone do walki ze stresem oksydacyjnym dzięki silniejszej obronie antyoksydacyjnej w porównaniu z mężczyznami. Wskazuje się tutaj na chroniące mitochondria działanie estradiolu, który z resztą wykazuje silne działanie neuroprotekcyjne. Leczenie estradiolem było w stanie zapobiec zaburzeniom w metabolizmie energetycznym mózgu. Okazuje się, że receptory estrogenowe znajdują się nie tylko w jądrze komórkowym, ale także w mitochondriach, gdzie modulują ekspresję genów kodowanych przez mtDNA. Dlatego właśnie w mitochondriach mózgu można zaobserwować swoisty dymorfizm płciowy związany z różnicą w działaniu hormonów - to ważny aspekt/rola mitochondriów w kontekście roli znaczenia płci w rozwoju chorób neurodegeneracyjnych. Mózgi kobiet starzeją się wolniej (tracą też mniejszą objętość).
6. Wyniki badań, które uzyskałam podczas realizowania mojej pracy doktorskiej wykazały, że limfocyty B (komórki krwi) i fibroblasty (komórki skóry) pochodzące od pacjentów z rodzinną formą choroby Alzheimera miały znacznie wrażliwsze mitochondria i łatwiej ulegały uszkodzeniom niż komórki pochodzące od osób zdrowych. Mitochondria komórek osoby chorych charakteryzowały się osłabionym potencjałem swojej błony (określonym za pomocą parametru MMP- mitochondria membran potential), co miało kluczowy i negatywny wpływ na przeżywalność całej komórki. Podobne dane uzyskanio w oparciu o neurony osób dotkniętych neurodegeneracją.
7. Depresja jest chorobą związaną z dysfunkcją mitochondriów. Co więcej, niedobór mitochondrialnych białek wpływa na powodzenie leczenia. Kilka tygodni temu w Molecular Psychiatry ukazały się fascynujące wyniki badań. Naukowcy badali mitochondria w tzw. wydzielanych pęcherzykach pochodzenia neuronalnego (neuron-derived extracellular vesicles) we krwi. Oceniali zmiany w poziomach białek, które pomagając utrzymać optymalną produkcję energii, a także integralność strukturalną i optymalną liczbę mitochondriów. Wspomniane doswiadczenia przeprowadzono z udziałem zwierząt, ale rzuca to jasne światło na molekularne zmiany zachodzące w komórkach ludzkich. Badania naukowe już jakiś czas temu wykazały, że choroby psychiczne, również depresja związane są z mniejszą ilością mitochondriów w komórce, ich osłabioną biogenezą (powstawanie) oraz dynamiką (fuzja i fizja). Co niezwykle istotne, obserwowane zmiany nie dotyczą tylko mitochondriów, które są w neuronach, ale także w pozostałych komórkach ciała. Pozwala to jeszcze bardziej przypuszczać, że depresja jest chorobą ogólnoustrojową, manifestująca się także poza układem nerwowym.
Przechodzimy do wisienki na torcie, czyli do tego JAK ZADBAĆ O SWOJE MITOCHONDRIA?
1. Dieta (nie jako proces utraty wagi, tylko odpowiedni nawyk żywieniowy). W zasadzie chodzi o to, aby naprawdę odżywiać organizm, a nie tylko się karmić. Dziś często (szczególnie w krajach Zachodu i obu Ameryk) jesteśmy przejedzeni, ale nie odżywieni. Kluczowa jest eliminacja cukrów prostych, produktów o działaniu prozapalnym - żywności przetworzonej (nie chodzi o to, aby jeść tylko „raw food”, ale unikać po prostu jedzenia zasobnego w tłuszcze trans, utwardzacze, konserwanty, emulgatory -zmieniają/uszkadzają kosmki jelitowe w naszych jelitach powodując uchyłki, stany zapalne, zmniejszając powierzchnie wchłaniania związków odżywczych i nasilając łaknienie, poprzez wpływ na hormon żołądkowo-jelitowy: cholecystokinę). Im mniej zbędnych/sztucznych dodatków ma jedzonko - tym lepiej. Forever and ever. Bardzo ważna jest także podaż zdrowych tłuszczy - WNNKT, aktywują ważną w aspekcie witalności i jakości mitochondriów kinazę AMP oraz białko PGC1alfa, które wspierają dynamikę mitochondriów - ich powstawanie, podział i łączenie się ze sobą. PGC-1α odgrywa kluczową rolę zwłaszcza w mózgu, gdzie dba o prawidłowe funkcjonowanie neuronów, regulacje odpowiedź na stres oksydacyjny. Jest zaangażowane w patogenezę chorób neurodegeneracyjnych związanych właśnie z mitochondriami - ch. Huntingtona czy Parkinsona. Zwiększa także syntezę antyoksydantów w organizmie. Zwiększona zawartość zdrowych tłuszczy (szczególnie kwasów Omega-3) w diecie na rzecz węglowodanów prostych jest posunięciem promitochondrialnym :)
2. Okresowe posty/okna żywieniowe (poprawiają metabolizm organizmu, ale zarazem zmniejszają ilość wytwarzanych wolnych rodników, nieprzejadanie się powoduje, że cała kaskada biochemiczna nie musi być cały czas w trybie „on”, organizm może się regenerować), restrykcje kaloryczne (okresowe zmniejszanie podaży kalorii w diecie aktywują biogenezę mitochondriów, usprawniają ich działanie i aktywują molekularne ścieżki sygnałowe związane z żywotnością/długowiecznością).
3. Zimno: morsowanie, krioterapia, ekspozycja na chłod (nawet taki, który generuje w nas po prostu gęsią skórkę)- zwiększa intensywność biogenezy mitochondriów i poprawia ich funkcjonowanie. Krótkotrwałe sesje ekspozycji na niskie temperatury pobudzają mitochondrialne białka UCP, związane m.in. z generowaniem ciepła, metabolizmem i utrzymaniem po prostu homeostazy organizmu.
4. Aktywność fizyczna - istotnie nasila tworzenie się mitochondriów (mięśnie potrzebują ich dużo!), poza tym przekształca energię zdobytą z pożywienia na ATP (zapobiega odkładaniu się nadmiarów w postaci tkanki tłuszczowej, a nadmiar tkanki tłuszczowej nie sprzyja witalności mitochondriów). Więcej tych organelli w komórce to lepsza termogeneza, lepszy metabolizm.
5. Sen to wielki przyjaciel mitochondriów. Zregenerowany organizm znacznie wydajniej „tworzy” struktury komórkowe, poza tym - fakt: życie zgodne z rytmem dobowym, dbałość o odpowiednią ekspozycję na światło słoneczne i niebieskie, jest kluczowe w kontekście mądrego biohackingu, dbałości o te struktury komórkowe i zdrowego zwiększenia wydajności naszego organizmu.
6. Związki, składniki, które mają udokumentowane działanie wspierające mitochondria, m.in. koenzym q10, PQQ, ALCAR, NAC, kurkumina, resweratrol, kwas alfa liponowy, Cordyceps Sinensis, EGCG, kwasy Omega-3 (EPA/DHA) , niacyna (witamina B3), cynk, selen, witamina D, d-ryboza.
W Health Labs Care stworzyłam skład produktu/suplementu - Longevity będącego połączeniem związków roślinnych, antyoksydantów i witamin o udokumentowanym naukowo działaniu wspierającym mitochondria oraz aktywację tzw. molekularnych szlaków długowieczności (zależnych od sirtuin. deacetylaz histonów, czyli enzymów, które regulują transkrypcję genów).
Kod rabatowy na wszystkie produkty Health Labs - ASIA10.
Źródła:
Bagheri H, Ghasemi F, Barreto GE, Rafiee R, Sathyapalan T, Sahebkar A. Effects of curcumin on mitochondria in neurodegenerative diseases. Biofactors. 2020 Jan;46(1):5-20..
Chowanadisai W, Bauerly KA, Tchaparian E, Wong A, Cortopassi GA, Rucker RB. Pyrroloquinoline quinone stimulates mitochondrial biogenesis through cAMP response element-binding protein phosphorylation and increased PGC-1alpha expression. J Biol Chem. 2010;285(1):142-152.
Goetzl EJ, Wolkowitz OM, Srihari VH, Reus VI, Goetzl L, Kapogiannis D, Heninger GR, Mellon SH. Abnormal levels of mitochondrial proteins in plasma neuronal extracellular vesicles in major depressive disorder. Mol Psychiatry. 2021 Sep 1.
Grimm A, Eckert A. Brain aging and neurodegeneration: from a mitochondrial point of view. J Neurochem. 2017;143(4):418-431.
Herbst EA, Paglialunga S, Gerling C, Whitfield J, Mukai K, Chabowski A, Heigenhauser GJ, Spriet LL, Holloway GP. Omega-3 supplementation alters mitochondrial membrane composition and respiration kinetics in human skeletal muscle. J Physiol. 2014 Mar 15;592(6):1341-52.
Mandal P. K., Tripathi M. and Sugunan S. (2012) Brain oxidative stress: detection and mapping of anti‐oxidant marker ‘Glutathione’ in different brain regions of healthy male/female, MCI and Alzheimer patients using non‐invasive magnetic resonance spectroscopy. Biochem. Biophys. Res. Commun.417, 43–48.
Wojsiat J, Laskowska-Kaszub K, Alquézar C, Białopiotrowicz E, Esteras N, Zdioruk M, Martin-Requero A, Wojda U. Familial Alzheimer's Disease Lymphocytes Respond Differently Than Sporadic Cells to Oxidative Stress: Upregulated p53-p21 Signaling Linked with Presenilin 1 Mutants. Mol Neurobiol. 2017 Sep;54(7):5683-5698.
https://postepybiochemii.ptbioch.edu.pl/index.php/PB/article/view/231/336
https://www.scientificamerican.com/article/could-mitochondria-be-the-key-to-a-healthy-brain/