Митохондрии имеют свою собственную уникальную ДНК, которая обычно передается исключительно от матери. В 2016 году профессор кафедры молекулярной, клеточной и эволюционной биологии в Университете Колорадо в Боулдере Дин Сюэ опубликовал одну из первых статей, в которой подробно описал, как уничтожаются отцовские митохондрии — посредством многогранного механизма, задокументированного как у червей и грызунов, так и у людей.

"Парням может быть унизительно это слышать, но это правда, — шутит Сюэ. — Наш материал настолько нежелателен, что эволюция разработала несколько механизмов, чтобы гарантировать его удаление в процессе размножения"

Существует теория, что после битвы с миллионами других сперматозоидов за проникновение в яйцеклетку митохондрии победителя истощаются и повреждаются настолько, что их передача будущим поколениям может иметь катастрофические с точки зрения эволюции последствия.

Сюэ и его команда решили выяснить, что происходит, когда отцовские митохондрии не самоуничтожаются. Они изучали круглого червя C. elegans, который содержит всего 1000 клеток, но развивает нервную систему, кишечник, мышцы и другие ткани, похожие на человеческие.

Полностью остановить процесс уничтожения отцовской митохондрии команда не смогла, что показывает, насколько устойчив этот эволюционный процесс. Но им удалось отсрочить его примерно на 10 часов. Когда они сделали это в оплодотворенных яйцах, это привело к значительному снижению АТФ, играющего основную роль в обмене энергии в клетках живых организмов. Если черви вообще выживали, у них нарушались когнитивные способности, менялась активность и возникали трудности с воспроизводством.

"Эти результаты дают важные сведения о том, почему отцовские митохондрии должны быть быстро удалены на ранних стадиях развития", — говорит Сюэ.

Однако, когда исследователи лечили червей формой витамина K2, известной как MK-4, нормальный уровень АТФ у эмбрионов восстанавливался, что в итоге влияло на память, активность и воспроизводство у взрослых особей.

Надежда на лечение малоизученных болезней

Авторы отмечают, что существует всего несколько задокументированных случаев, в которых отцовская митохондриальная ДНК могла быть обнаружена у взрослых людей. В одной статье описывается 28-летний мужчина с проблемами дыхания, слабыми мышцами и непереносимостью физических упражнений. В другой документированы 17 членов трех неродственных семей, у которых были зафиксированы усталость, мышечные боли, задержки речи и неврологические симптомы.

Для более детального понимания процесса необходимы дополнительные исследования на более крупных животных и людях. Сюэ подозревает, что в некоторых случаях, как и у червей, даже небольшая задержка в процессе уничтожения отцовской митохондрии может привести к развитию трудно диагностируемых заболеваний человека.

Результаты дают новые подсказки о причинах некоторых митохондриальных нарушений, которые препятствуют способности организма вырабатывать энергию и в совокупности влияют примерно на одного из 5000 человек. Также исследование описывает новый подход к потенциальной профилактике или лечению — простой витамин K2.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.