Die mitochondrialna dysfunkcja jest centralnym punktem w badaniach nad starzeniem się. Chętnie nazywane „elektrowniami komórek”, siła i wydajność naszych mitochondriów maleje z wiekiem. Na dodatek, stare mitochondria nie mogą być już prawidłowo rozkładane i zatykać komórki, aż te tracą swoją funkcję. Wiele szlaków metabolicznych związanych z wiekiem zachodzi w mitochondriach lub są one w nie zaangażowane. Przykładem może być NAD.
Pokazujemy ci tutaj, co dzieje się w naszych mitochondriach, jak wiek wpływa na nasze organelle komórkowe i co możemy zrobić, aby być może odwrócić ten znak starzenia.
Mitochondria – małe dzieło natury
Mitochondria znajdują się w różnej liczbie w komórkach ciała i stanowią jedną z wielu struktur, które przyczyniają się do prawidłowego funkcjonowania komórek. W przypadku komórek mięśniowych, komórek zmysłowych czy komórek jajowych mamy do czynienia z komórkami o dużym zapotrzebowaniu na energię. Odpowiednio, w tych komórkach znajduje się również ponadprzeciętna liczba mitochondriów. W komórce mięśnia sercowego udział objętościowy osiąga nawet niezwykłe 36%. To już wskazówka co do wielkiego znaczenia tych organelli komórkowych.
Własne elektrownie ciała mają jedną szczególną cechę: posiadają własne DNA, tzw. mtDNA (z ang. mitochondrial DNA), które pływa w formie pierścienia wewnątrz mitochondrium. Samodzielne rozmnażanie nie jest jednak możliwe. Jedynie 37 genów obejmuje mitochondrialny genom u ludzi. Na porównanie: DNA w jądrze komórkowym zawiera informacje dla 20000-25000 genów.
Czy wiedziałeś? W przeciwieństwie do naszej DNA w jądrach komórkowych, mtDNA znajduje się niechroniona w cytoplazmie mitochondriów. To czyni ją szczególnie podatną na stres oksydacyjny. Ochronnie działa nasze własne glutation i przeciwutleniacze, które znajdujemy przede wszystkim w wtórnych substancjach roślinnych .
Łańcuch oddechowy, produkcja energii i NAD+
Jak wiadomo, w mitochondriach produkowana i dostarczana jest energia. Proces ten nazywa się oddychaniem komórkowym i przebiega przez łańcuch oddechowy – współdziałanie 5 kompleksów białkowych, które tworzą łańcuch transportu elektronów. Elektrony (naładowane ujemnie cząsteczki) odgrywają więc ważną rolę w procesie pozyskiwania energii.Na początku łańcucha oddechowego znajduje się cząsteczka NADH, , która w ramach pozyskiwania energii może oddać dwa elektrony. W rezultacie powstaje ostatecznie ATP oraz „produkt uboczny” NAD+. NAD+ nie jest niczym innym jak cząsteczką NADH, tylko ubogacona o jeden proton (naładowana dodatnio cząsteczka) i dwa elektrony.
Długa mowa, krótka sens: Pozyskiwanie energii w naszych komórkach polega na oddzieleniu elektronów zawartych w pożywieniu. W tym procesie uwalniana jest energia. Wysokie poziomy NAD+ oznaczają, że dużo NADH jest przekształcane w ATP, co oznacza, że komórka jest w stanie produkować dużo energii. To dobry znak. NAD+ aktywuje następnie Sirtuiny, , grupę genów związanych z długowiecznością. Więcej na ten temat później.
Wiedziałeś? W miarę starzenia się poziomy NAD spadają. Można to z.B. łatwo to ustalić za pomocą testu NAD . Powody są różnorodne, od zmniejszonej produkcji po zwiększony rozkład. Szczegółowe przedstawienie aktualnych badań podsumowaliśmy w naszym artykule przeglądowym „Co to jest NAD“.
regeNAD to innowacyjnie sformułowany kompleks zwiększający poziom NAD - z Luteolin i Apigenin.
Wolne rodniki – reaktywne formy tlenu (ROS)
Jedna z wybranych teorii starzenia sugeruje, że postępująca dysfunkcja mitochondrialna, która występuje w procesie starzenia, prowadzi do zwiększonej produkcji wolnych rodników (= reaktywne formy tlenu, ROS z ang. reactive oxygen species). To dodatkowo uszkadza mitochondria i prowadzi do ogólnego uszkodzenia komórek. Antyoksydanty są w tym kontekście istotne.
Liczne badania wspierają to powiązanie, jednak w ostatnich latach pojawiły się coraz bardziej kontrowersyjne wyniki badań w tej kwestii. Na przykład zwiększone wolne rodniki mogły wydłużyć życie drożdży i nicieni. Co więcej, manipulacje genetyczne, które powodowały uszkodzenia oksydacyjne, nie przyspieszały starzenia się myszy. Życie myszy nie wydłużało się również w wyniku manipulacji, które poprawiały mechanizmy ochrony antyoksydacyjnej.
Podobnie badania podstawowe dostarczyły solidnych dowodów na rolę wolnych rodników w wywoływaniu sygnałów podziału komórkowego i przeżycia w odpowiedzi na stres. Biorąc pod uwagę te i wiele innych zaskakujących wyników, teoria zaczęła się chwiać – konieczna była jej ponowna ocena.Podobnie jak w przypadku szlaku sygnałowego IGF-1 , udało się również tutaj zharmonizować na pierwszy rzut oka sprzeczne wyniki pod wspólnym dachem.
Zgodnie z tym ROS są sygnałem przetrwania związanym ze stresem, aby skompensować pogorszenie związane z procesem starzenia. Liczba wolnych rodników wzrasta, aby zapewnić przetrwanie komórek. Przynajmniej tak długo, aż zdradzą swój pierwotny cel i zamiast łagodzić, raczej pogarszają uszkodzenia związane z wiekiem z powodu masywnego wzrostu. Można to również podsumować inaczej:
Potrzebujemy ROS, mogą one działać jak partnerzy treningowi dla naszych komórek. Jednak gdy jest ich za dużo, wyrządzają naszym komórkom szkody.
Dysfunkcja mitochondrialna i biogeneza
Starzenie się z powodu dysfunkcji mitochondrialnej nie jest jednak tylko pośredniczone przez wolne rodniki (ROS). Przyjrzymy się bliżej całej gamie innych czynników. Jak w wielu procesach w organizmie, rodzina genów sirtuin również odgrywa tutaj istotną rolę. SIRT1 moduluje biogenezę poprzez białko zwane PGC-1α. To białko jest „głównym regulatorem” biogenezy mitochondrialnej i bezpośrednim połączeniem między zewnętrznymi bodźcami fizjologicznymi (takimi jak na przykład ruch) a regulacją mitochondriów.
A oto nieco bardziej namacalne przykłady: Kiedy małe dzieci uprawiają sporty wymagające wytrzymałości, szybkie włókna mięśniowe (do sprintów) są przekształcane w wolne włókna mięśniowe (do wytrzymałości). Te włókna mięśniowe mają bardzo wiele mitochondriów, aby zapewnić długotrwałe dostarczanie energii.
Ilość mitochondriów jest określana przez PGC-1α – wysoki poziom zapewnia zwiększoną produkcję mitochondriów. Jednak pewna podstawowa dystrybucja włókien mięśniowych jest genetycznie uwarunkowana. Natomiast mniejsza zmienna część jest kierowana przez wymagania fizyczne za pośrednictwem PGC-1α. Rodzice mogą w ten sposób pośrednio wpływać na rozwój mięśniowy swoich dzieci poprzez wybór dyscypliny sportowej.
Wiedziałeś? Podczas gdy sport może podnosić poziomy PGC-1α, zapalenia powodują, że PGC-1α spada . Typowo, podczas procesów zapalnych w organizmie aktywowany jest Nf-kB, który może bezpośrednio negatywnie wpływać na PGC-1α. Tutaj ponownie widać, że różne Hallmarks of Aging współdziałają ze sobą i są trudne do rozdzielenia. Inflammaging, dziesiąte Hallmark, przyczynia się więc bezpośrednio do dysfunkcji mitochondrialnej.
Wracając do ścieżek długowieczności. SIRT1 kontroluje również usuwanie uszkodzonych mitochondriów przez autofagię, rodzaj wywozu śmieci w organizmie. SIRT3 celuje w enzymy zaangażowane w metabolizm energetyczny i może również bezpośrednio kontrolować szybkość produkcji wolnych rodników.
Z perspektywy ptaka wyniki te wspierają założenie, że sirtuiny pełnią rolę rodzajów czujników metabolicznych, aby wpływać na funkcję mitochondriów i chronić przed chorobami związanymi z wiekiem. Ponieważ mitochondria posiadają własne małe genom, odpowiednie mutacje w informacji genetycznej naturalnie zakłócają również funkcjonalność.
Od teorii do praktyki
Na razie tyle o molekularnych mechanizmach w mitochondrialnej strukturze. Co te odkrycia przynoszą nam w codziennym życiu? Badania wykazały, że trening wytrzymałościowy i naprzemienne post poprawiają zdrowie , , ponieważ mogą zapobiegać degeneracji mitochondrialnej. Opiera się to częściowo na autofagii, która może być silnie wywoływana zarówno przez post, jak i przez trening wytrzymałościowy. Z drugiej strony, różne formy postu aktywują dodatkowe szlaki długowieczności, takie jak sirtuiny,.
Mitohormesis – małe bodźce, wielki efekt?
Ten nieco tajemniczo brzmiący termin składa się z mitochondrium i hormesis. . Zgodnie z koncepcją hormezy łagodne toksyczne terapie wywołują korzystne reakcje kompensacyjne. Reakcje kompensacyjne przewyższają naprawę wywołanego uszkodzenia, co prowadzi do poprawy kondycji komórkowej w porównaniu do stanu przed uszkodzeniem.
Hipoteza ta sięga swoimi korzeniami do Paracelsusa, a tym samym do XVI wieku. Z biegiem czasu pogląd ten został empirycznie potwierdzony i w przypadku substancji takich jak digitalis (niewydolność serca), kolchicyna (dna moczanowa) czy opioidy (ból) również wykorzystany medycznie.
Szereg linii badawczych dotyczących starzenia się również skoncentrowało się na tej koncepcji. Chociaż ciężka dysfunkcja mitochondrialna powoduje choroby, to jedynie lekkie zaburzenia mogą wydłużać życie, z powodu reakcji hormetycznej. Istnieją naukowe dowody na to, że Metformina i Resweratrol są łagodnymi mitochodrialnymi toksynami, które indukują niski stan energetyczny i w ten sposób zwiększają poziom AMP. Skutek znamy już z rozprawy o zdegradowanym pomiarze składników odżywczych: AMPK jest aktywowany, co spowalnia proces starzenia.
Metformina wydłużyła życie nicieni i myszy w niektórych badaniach. W normalnych warunkach żywieniowych Resweratrol nie mógł wydłużyć życia myszy, jednak istnieją znaczące wyniki badań, które pokazują, że chroni przed uszkodzeniami metabolicznymi i poprawia funkcję mitochondriów poprzez zwiększenie PGC-1α. Obserwacja, że nadekspresja PGC-1α wydłuża życie muszek owocowych, dostarcza kolejnego dowodu na rolę tego białka w długowieczności.
Podsumowanie szlaków sygnałowych wokół mitochondriów i starzenia. Mitohormesis, PGC1a i wolne rodniki przypisuje się funkcję ochronną.
Wnioski – jak można wzmocnić mitochondria?
Mitochondria są nie tylko elektrowniami komórkowymi, ale także potencjalnymi źródłami zdrowego starzenia. Funkcja, a raczej brak funkcji, ma głęboki wpływ na proces starzenia.
Badania pokazują dość jednoznacznie, że poprzez sport z.B. można wzmocnić mitochondria. Trening wytrzymałościowy i siłowy, nawet w podeszłym wieku, stanowią podstawę. Ponadto musimy chronić mitochondria przed nadmiernym stresem oksydacyjnym, przyjmując dietę bogatą w związki roślinne. Resweratrol mógł na przykład wykazać, że ma pozytywny wpływ na mitochondria.
Zdrowie mitochondriów jest zawsze ściśle związane z poziomem NAD. Ponieważ te poziomy spadają z wiekiem, może być sensowne suplementowanie prekursorów, jak te zawarte w regeNAD. . Ostatnim aspektem, aby wzmocnić nasze mitochondria, jest zapewnienie, że „usuwanie” starych mitochondriów przebiega sprawnie. zmieniona (makro-) autophagia stanowi jednak zupełnie inny znak starzenia się, dlatego ten aspekt omówimy w innym artykule.
Podsumowując, mitochondria są fascynującym aspektem badań nad starzeniem się. Celem na przyszłość jest dowiedzenie się jeszcze więcej o tym, dlaczego mitochondria w starszym wieku nie są już tak wydajne i jak możemy to odwrócić. Pierwsze kroki zostały już podjęte.
Dla fanów proszków i miłośników kapsułek - Trans-Resweratrol od MoleQlar jest dla wszystkich.
W następnym artykule z tej serii omówimy siódmy znak starzenia się: Senescencja komórkowa.
