‘사회’미토콘드리아, 세포 사이의 속삭임, 건강에 영향을 미칩니다

증거로서, 그들은 미토콘드리아가 놀랍게도 상호 의존적이며 그들의 기능이 세포 하우스로서의 친숙한 역할을 훨씬 뛰어 넘음을 보여주는 긴 발견을 인용합니다. 미토콘드리아는 또한 특정 유형의 호르몬을 만들고 면역 반응을 유도하며 세포의 발달 운명을 형성하는 데 도움이됩니다. 식민지의 개미와 같은 이러한 다양한 목적으로 미토콘드리아는 작업을 나누고, 그룹을 형성하고, 활동을 동기화하며, 환경과 서로 모두에 대응합니다. Picard와 Sandi는“사회적 렌즈”는 개별 미토콘드리아의 행동을 설명 할뿐만 아니라 인간 건강에 영향을 미치는 미토콘드리아 집단을 드러내는 데 필수적 일 수 있습니다.

“사회적”이라는 레이블에 대한 예약에도 불구하고, 다른 과학자들은 일반적으로 미토콘드리아가 세포 내에서 설정하는 번화 한 신호 네트워크를 이해하면 건강과 질병에 대한 비밀을 잠금 해제 할 수 있다는 데 동의합니다. James Eberwine , 는“미토콘드리아가 어떻게 행동하는지 이해하고 그것을 조작하는 방법을 배웁니다. 펜실베이니아 대학교의 분자 신경 생물학자는“우리는 생물학에 대한 통찰력을 훨씬 더 많이 얻을 것입니다.”

사회성의 깊은 뿌리

미토콘드리아와 같은 소기관이 어떻게 사교적 일 수 있는지 이해하기 위해, 사회는 진화론적인 뿌리를 가진 현상이라는 것을 기억하는 데 도움이됩니다. 박테리아는 가장 간단한 유기체 중 하나이지만 놀라운 공동체 행동을 나타냅니다. 그들은 복잡한 구조를 형성하기 위해 독립적으로 또는 함께 행동하고 의사 소통하고 협력 할 수 있습니다.

약 20 억 년 전 단일 세포 생명의 전성기에 미토콘드리아의 선구자는 더 큰 세포 내부에서 틈새를 발견하여 에너지를 제공하는 박테리아였습니다. 이 공생은 너무 유익하여 다세포 유기체의 진화에 힘을 실어 줄 가능성이 높았습니다. 박테리아 기원의 유물로서, 미토콘드리아는 여전히 핵의 세포 유전자와 별개로 자체 작은 게놈을 운반합니다.

그러나 우리의 모든 미토콘드리아는 어머니의 계란에서 물려 받지만 개별 미토콘드리아는 게놈 수준에서 다릅니다. 일부 미토콘드리아는 게놈의 수십 가지 사본을 보유하고있는 반면, 다른 미토콘드리아 사본은 하나만 또는 전혀 없습니다. 게놈 자체는 종종 미묘한 유전 적 변화를 가지고 있습니다. 일부 돌연변이는 미토콘드리아가 오작동을 일으키고 컬링 될 수 있지만, Eberwine은 일반적으로 그들의 유전 적 다양성이 다른 행동이나 기능을 가능하게하는 좋은 일이라고 추측합니다.

유전자 수준 이외에도 다각화는 미토콘드리아의 역할의 핵심입니다. 배아 발달 동안, 세포가 분열되고 분화됨에 따라, 그들의 미토콘드리아는 놀라운 범위의 설계 및 기능으로 전개됩니다. 모든 미토콘드리아는 아데노신 트리 포스페이트 (ATP)의 형태로 에너지를 생성하는 능력이 있지만, 다른 조직에서 다른 전문 분야를 취합니다. 예를 들어 부신 피질에서, 그들은 호르몬 코티솔을 만듭니다. 간에서 그들은 암모니아를 해독하는 데 도움이됩니다.

그러나 미토콘드리아가 개별 실체처럼 보일 수있는만큼, 그들은 또한 수명주기 동안 많이 혼란스러워합니다. 과학자들은 수십 년 동안 미토콘드리아가 융합 (막을 단일 분지 구조로 병합하여 핵분열에 의해 개체로 다시 절단한다는 것을 알고 있습니다. 이 두 가지 과정은 셀의 국가와 요구에 따라 일정한 플럭스에 있다고 Davis의 캘리포니아 대학교의 Jodi Nunnari는 이러한 역학에 대한 연구를 개척했다고 말했다.

이 미토콘드리아 랑데부는 여러 목적을 제공하며, 그 중 적어도 하나는 협력적인 것으로 보인다. 게놈이 없거나 기능 장애가있는 단일 미토콘드리아는 건강한 이웃과 융합하여“구조”될 수 있습니다. 연결된 구조는 화학 신호와 단백질을 공유하기위한 도관을 생성하고 융합은 미토콘드리아 사이에서 단백질을 더 동일하게 할당하는 데 도움이 될 수 있다고 Nunnari는 말했다. 그러나 Fusion은 모든 것을 혼합하지 않습니다. 그녀는“그건 네트워크 내에있을 때에도 약간의 개성을 유지하는 것도 중요합니다.”라고 그녀는 말했습니다.

전자기 신호?

미토콘드리아가 융합 이외의 상호 작용 방법이 있다는 것이 점점 더 분명 해지고 있습니다. 그들은 또한 멤브레인에 간단히 가입하는 덜 헌신적 인 "키스와 달리기"이벤트를 통해 물질을 셔틀 할 수 있습니다.

2015 년 필라델피아 어린이 병원의 Douglas Wallace 실험실에서 우체국으로서 Picard와 그의 동료들은 또 다른 호기심 많은 의사 소통 방식을 발견했습니다. 미토콘드리아가 터치하는 부위의 포유류 세포에서, 그들은 현미경 사진의 그릴 자국과 유사한 어두운 내부 막 접이식 인 cristae를 정렬하는 연결을 형성 할 수 있습니다. 그러한 종류의 정렬이 발생하기 위해서, 미토콘드리아는 cristae의 위치에 대해 서로 신호를 전달하고 그에 따라 재조정해야합니다.

Picard는 그의 최선의 추측은“전자기 신호가 전달되는 일종의 전자기 신호가 있다는 것”이라고 말했다. 이러한 내부 막 접이식에서, 식품에서 유래 된 분자는 막을 가로 질러 하전 된 이온을 펌핑하는데 사용되어 약 180 밀리 볼트의 막 전위를 만듭니다. 그 차이를 평형화하기 위해 막을 가로 질러 돌진하는 이온의 결과는 ATP를 생성하는 데 사용됩니다. 또한 전류 및 동반 자기장을 생성합니다. 전자기 신호가 실제로 미토콘드리아 사이에 전달되는 경우, 그 신호는 소기관 사이에서 발생하는 화학 신호보다 빠르게 전파 될 것입니다. 추가 속도가 기능적 중요성을 가지고 있는지 여부는 아직 알려지지 않았습니다.

연구자들은 아마도 발견 될 상호 작용의 범위를 소진하지 않았을 것입니다. Johns Hopkins Medicine의 심장 생리 학자 인 Brian O'Rourke는“우리는 미토콘드리아가 서로 어떻게 의사 소통하는지 이해하기 시작했습니다.

또 다른 미스터리는 의사 소통이하는 모든 일을 정확하게 둘러싸고 있습니다. National Cancer Institute의 세포 생물 학자 인 Natalie Porat-Shliom은 이러한 사회적 행동이 전체 유기체의 효율성을 향상 시킨다는 것입니다. "이 반응은 이러한 반응이 모두 신진 대사를 최적화하고 기능을 최적화하기 위해 조정된다는 것입니다."라고 그녀는 말했습니다.

동기화의 장단점

예를 들어, 예를 들어, 미토콘드리아 수다는 함께 작동하는 세포에서 에너지 생산을 동기화 할 수 있습니다. 몇 년 전, Porat-Shliom과 그녀의 동료들은 타액 샘의 acinar 세포를 연구하고 있었는데, 이는 타액을 분비하기 위해 함께 작용했습니다. 마취 된 쥐의 타액선 세포를 들여다 보면서, 팀은 acinar 세포의 동기화가 그들의 미토콘드리아로 확장되는 것을 알았습니다. 많은 경우에, 많은 경우 미토콘드리아의 막 전위가 12 초마다 상승하고 있으며, 세포가 분비되지 않았을 때에도

Porat-Shliom은 미토콘드리아가 단기 분자를 서로 릴레이하여 세포를 가로 질러 진동하기 위해 서로를 릴리스한다고 생각합니다. 그녀는“모든 세포가 올바른 크기로 모든 세포가 동시에 반응하도록하기 위해 타액을 분비하기위한 에너지 파열을 조정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

다른 그룹은 다른 셀 유형에서 유사한 동기화 된 진동 (때로는 플래시라고 함)을 발견했습니다. 그러나이 현상은 보편적이지 않다고 Porat-Shliom은 덧붙였다. 간의 세포와 같은 일부 세포는 다른 기능을 수행하기 때문에 신진 대사를 동기화하지 않습니다.

실제로, 동기화가 항상 좋은 것은 아니라고 O'Rourke는 지적했다. 수년 동안, 그의 실험실은 심근 세포 (심장 근육) 세포의 수축을 강화하는 미토콘드리아의 결합 된 진동을 연구했습니다. 그와 그의 동료들이 레이저로 분리 된 심근 세포에서 작은 미토콘드리아 패치를 자극했을 때, 거대한 세포를 가로 지르는 대부분의 미토콘드리아는 결국 탠덤에서 진동하기 시작했습니다.

O'Rourke는이 커플 링을 잠재적으로 위험한 결과로 스트레스 반응으로보고 있습니다. 그의 팀의 결과는 동기화 된 활동이 때때로 세포의 수축을 억제하여 한 심장 세포에서 다음 심장 세포에서 전기 신호 전달을 손상시키고 심장의 조정 된 반응을 방해 할 수 있다고 제안합니다. 그들이 동물 심장 조직을 보았을 때, 그들은 결합 된 진동이 심장이 혈액 공급의 중단에서 회복 될 때 발생할 수있는 심장 부정맥에 기여할 수 있음을 보았습니다. 타액선 세포와 달리, ATP의 펄스 세대는 심장에서 의미가 없다고 O'Rourke는 말했다.이 장기는 수축 중과 사이에 에너지에 대한 지속적인 수요가 있기 때문에

일반적으로 세포 내에서 미토콘드리아의 다양성뿐만 아니라 집단적 행동 경향에 대한 감사가 커지고 있습니다. 미토콘드리아는 종종 그룹으로 모이거나 다르게 행동하고“동시에 다른 일을 할 수있는 뚜렷한 일을 할 수있다”고 독일 괴팅겐 대학교의 세포 생물학자인 Nuno Raimundo는 지적했다.

예를 들어, 신경 과학자들은 종종 미토콘드리아가 신경 환경의 다른 부분에서 독특한 외관을 취한다고 언급했다. 일부 유형의 뉴런의 중심에서 미토콘드리아는 럭비 공 또는 튜브와 비슷할 수 있습니다. 다른 뉴런으로부터 들어오는 신호를받는 뾰족한 수상 돌기에서, 미토콘드리아는 길고 분지 된 네트워크를 형성한다. 축삭의 나가는 신호 부위에서 미토콘드리아는 테니스 공처럼 보입니다. 최근의 연구에 따르면 이러한 모양은 세포 전체의 이온에 대한 다양한 요구에 부응하여 소기관이 다른 양의 칼슘을 섭취 할 수있게 해줍니다.

비유조차도 강력합니다

Picard와 Sandi에게, 소기관의 다양성, 상호 작용 및 명백한 협력의 반복적으로 문서화 된 사례는 생물에서 미토콘드리아 소셜 네트워크의 존재를 지적합니다. 그리고 이러한 네트워크는 세포의 경계를 넘어 확장 될 수 있습니다. 부신에서 미토콘드리아가 만든 코티솔은 다른 곳에서 미토콘드리아에 영향을 줄 수 있으며, 스트레스를 전달하는 장거리 수단을 만들 수 있다고 Sandi는 덧붙였다.

미토콘드리아 심리 생물학자가 심리적 스트레스가 미토콘드리아 수준에서 어떻게 느껴지는 지, 그리고 그 결과의 생리적 결과가 어떻게 될 수 있는지 연구하는 피카드에게는 소기관의 사교성이 더 넓은 상호 연결성의 구성 요소입니다. 본질적으로, 사회성은 사회성을 낳는다 :미토콘드리아의 사교성은 세포의 협력을 촉진하며, 이는 서로 의존하는 기관의 형성과 복잡한 유기체의 창조를 허용한다. 동물의 사회적 본질은 사다리의 낮은 렁에서 볼 수있는 사회 성의 확장이라고 Picard는 말했다.

그러나 미토콘드리아 상호 작용을 연구하는 것의 중요성에 대해 열정적 인 일부 과학자들조차도 여전히 사회적으로 표시하는 것을 망설입니다. Nunnari는“비유를 만드는 데 힘이 있습니다. 그러나 나는 미토콘드리아를 인간화하지 않으려 고 노력합니다.”

문제의 일부는 "사회적"또는 "협동 조합"과 같은 설명은 소기관에 부적절하다고 느끼는 어느 정도의 기관을 암시한다는 것입니다. Raimundo는“그룹이되기를 원하거나 그렇지 않은 것은 아닙니다. "이것은 그들이 어떻게 행동하도록 프로그램되었는지입니다."

그러나 그는 또한 소셜 네트워크와 같은 참가자로 미토콘드리아를 보는 것이 유용한 관점이라고 제안했습니다. 과학자들은 일반적으로 미토콘드리아 연구에 감소 주의적 접근을 취해 생물학을 뒷받침하는 개별 유전자와 단백질을 해부합니다. Raimundo는이 연구는 미토콘드리아 상호 작용의 견과와 볼트를 이해하는 데 중요하지만 상호 작용 자체를 해결하기 위해 증강되어야한다고 말했다. 그렇게하면 때때로 미토콘드리아를 공동으로 행동하는 동안 정보를 독립적으로 처리하는 실체로 취급해야 할 수도 있습니다.

건강과 질병에 대한 단서

Raimundo는 미토콘드리아 의이 네트워크 관점은 다른 유형의 소기관 사이의 신호 전달 연구에 광범위하게 중요 할 수 있다고 말했다. 미토콘드리아가 미토콘드리아 단백질에 대한 대부분의 유전자가 상주하는 핵과 친밀한 관계를 맺고있는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 미토콘드리아도 다른 소기관과 수많은 상호 작용을 가지고 있음이 분명 해지고 있습니다.

미토콘드리아 네트워크에 대한 연구는 이미 일부 질병에 대한 통찰력을 제공하고 있습니다. 예를 들어, 일부 과학자들은 결함이있는 에너지 대사가 파킨슨 병에서 중요한 역할을한다고 의심하지만, 지금까지는 환자의 신경 미토콘드리아와 건강한 사람들 사이에는 분명한 차이가 발견되지 않았습니다. 그러나 룩셈부르크 건강 연구소 (Luxembourg Institute of Health)의 Feng He가 이끄는 연구팀은 최근 파킨슨 병 환자의 장내 뉴런에 대한 700 기가 바이트의 현미경 비디오를 통해 컴퓨터를 지시했습니다. 이 시스템은 소기관의 밀도, 서로의 근접성 및 상호 작용 측면에서 세포의 미토콘드리아 네트워크를 수학적으로 특성화 한 거의 20 가지 기능을 확인했습니다. 소수의 환자 만 조사한이 연구는이 특징이 환자를 건강한 사람들과 총체적으로 구별 할 수 있음을 발견했습니다. 그는 파킨슨 병의 미토콘드리아 네트워크가 덜 효율적 일 수 있으며 이러한 비 효율성은 질병에 기여할 수있는 것으로 보인다. 더 많은 환원주의 접근법이 놓치는 경향이있는 생물학 층을 캡처함으로써, 그러한 네트워크 연구는“우리 몸의 다른 세포 유형에 대한 우리의 이해를 재구성 할 수있다”고 말했다.

결국 네트워크 접근 방식은 새로운 치료법에 대한 단서를 얻을 수 있다고 Picard는 말했다. 그러나 그는 이미 미토콘드리아 의사 소통을 개선하는 것의 가치에 대한 아이디어를 가지고 있습니다. 2013 년 한 연구에서 그와 그의 동료들은 마우스에게 3 시간 동안 휠을 주었다가 송아지 근육의 미토콘드리아를 면밀히 살펴 보았습니다. 오르 내성이 서로를 닦았을 때, 그들은 크리스토를 정렬하는 것과 같은 새로운 연결을 형성했습니다. 이것은 운동을 건강하게 만드는 부분의 일부가 미토콘드리아 간의 의사 소통을 촉진한다는 것을 의미 할 수 있습니다. Picard는“이것은 더 사회적으로 만들어졌다”고 말했다