Zdravie mitochondríí môže byť kľúčové pri riešení úzkostných porúch a duševného zdravia.
Výskum naznačuje, že bunkové organely = mitochondrie generujúce energiu môžu hrať prekvapivo kľúčovú úlohu pri riešení úzkosti a depresie.
Carmen Sandi si spomína na skepticizmus, ktorému spočiatku čelila. Behaviorálna vedkyňa zo Švajčiarskeho federálneho technologického inštitútu v Lausanne sledovala, že niečo, čo sa deje v kritických nervových obvodoch, môže vysvetliť úzkostné správanie, niečo mimo mozgových buniek a synaptických prepojení medzi nimi. Experimenty, ktoré začala v roku 2013, ukázali, že neuróny zapojené do správania súvisiaceho s úzkosťou vykazovali abnormality: ich mitochondrie, organely často opisované aj ako bunkové elektrárne, nefungovali dobre – produkovali podivne nízke hladiny energie.
Tieto výsledky naznačujú, že mitochondrie môžu spôsobovať symptómy spojené so stresom u zvierat. Ale táto myšlienka bola v rozpore so „synaptocentrickým“ videním mozgu, ktoré v tom čase zastávalo mnoho neurovedcov. Jej kolegom bolo ťažké uveriť Sandiným dôkazom, že u úzkostlivých jedincov – aspoň u potkanov – môžu byť mitochondrie v kľúčových neurónoch dôležité.
„Kedykoľvek som predložila údaje, povedali mi:“ Je to veľmi zaujímavé, ale zle si to pochopila“, povedala Sandi.
Napriek tomu sa k nej v priebehu posledného desaťročia pridal rastúci počet vedcov, ktorí sa pýtali, či môžu byť mitochondrie zásadné nielen pre našu celkovú fyzickú pohodu, ale konkrétne pre naše duševné zdravie. Skúmali predovšetkým to, či mitochondrie ovplyvňujú to, ako reagujeme na stres a podmienky, ako je úzkosť a depresia.
Napriek tomu, že väčšina dôkazov je zatiaľ predbežná, poukazujú na podstatnú súvislosť. Zdá sa, že mitochondrie sú ústredným prvkom samotnej existencie stresovej reakcie, pričom slúžia ako jej sprostredkovatelia aj ako ciele škôd, ktoré môže spôsobiť. U niektorých vedcov zapojených do tejto práce stresová reakcia dokonca vyzerá ako druh koordinovaného pôsobenia mitochondrií v celom tele, ktoré interaguje s neurologickým spracovaním.
„Myslím si, že mitochondrie sú podceňované,“ povedal Martin Picard z Irving Medical Center v New Yorku Columbia University, ktorého laboratórium pomohlo nastartovať tento výskum. „Sú vedúcou organelou bunky.“ (Pozn.: Bunková organela je subcelulárna (čiže menšia ako bunka) podjednotka (akýsi orgán) bunky, ktorá je špecializovaná na nejakú funkciu). Teraz môžu vedci preskúmať, aké dôsledky môže mať význam organel pre budúce terapie.
Mitochondrie a duševné zdravie
Mitochondrie sú malé štruktúry v komplexných (eukaryotických) bunkách, ktoré vyrábajú adenozíntrifosfát alebo ATP, chemické palivo pre väčšinu metabolických procesov. „ATP je energia, ktorá živým bunkám umožňuje robiť to, čo robia, keď sú nažive“, povedala Lisa Kalynchuk, viceprezidentka pre výskum na University of Victoria v Kanade. Organely sú starodávni „votrelci“ – zvyšky symbiotických baktérií, ktoré sa integrovali do hostiteľských buniek asi pred 2 miliardami rokov a špecializovali sa na výrobu energie. Mitochondrie stále nesú malé množstvo vlastnej DNA, aj keď majú iba 37 génov, ale majú menej genetického materiálu ako akékoľvek živé baktérie.
Vzťah medzi mitochondriami a chorobami sa začal ukazovať v roku 1975, keď Douglas Wallace a jeho kolegovia, vtedy na univerzite v Yale, popísali spojitosť medzi mitochondriálnou DNA a genetickou poruchou. V deväťdesiatych rokoch minulého storočia vedci spojili účinky mutácií v mitochondriálnej DNA s rôznymi ďalšími chorobami. Jeden z 5 000 ľudí má nejaké dedičné mitochondriálne ochorenie s následkami, ktoré môžu zahŕňať cukrovku, problémy so zrakom a sluchom, problémy s učením a iné poruchy. Až v poslednom desaťročí však vedci významne skúmali vplyv mitochondrií na duševné zdravie a pohodu, najmä pokiaľ ide o stres, úzkosť a depresiu.
Sandina práca vychádzala z intuície, že mitochondrie môžu zmeniť činnosť vybraných mozgových dráh. Náš mozog minie 20% kyslíka, ktorý naše telo prijme, aj keď mozog tvorí iba 2% našej hmotnosti. Hypotéza produkcie bunkovej energie v kritických nervových okruhoch, predpokladala, by mohla vysvetliť celkový nedostatok motivácie a sebaúcty, ktorý sa prejavuje u ľudí náchylných na úzkosť.
Keď Sandi nechala súťažiť potkany s cieľom vytvoriť sociálnu hierarchiu, videla, že zvieratá s menšou úzkosťou s väčšou pravdepodobnosťou získajú dominantné postavenie. Ďalšia štúdia ukázala, že tieto menej úzkostlivé zvieratá mali väčšiu mitochondriálnu funkciu v nucleus accumbens, čo je časť mozgu životne dôležitá pre motivované správanie a tvorbu úsilia.
Ďalší výskum v mnohých laboratóriách odhalil ďalšie väzby medzi stresom a mitochondriami. V roku 2018 Martin Picard (výskumný pracovník Irving Medical Center Columbia University, vedie laboratórium, ktoré študuje zapojenie mitochondrií do psychobiologických javov) a priekopník výskumu stresu Bruce McEwen, ktorý zomrel začiatkom tohto roka, publikovali metaanalýzu 23 štúdií o mitochondriách a úzkosti: 19 štúdií preukázalo „významné nepriaznivé účinky psychologického stresu na mitochondrie“ a dokonca aj ďalšie štyri zmeny v mitochondriálnej veľkosti alebo funkcii v reakcii na stres.
Prepojenie medzi mitochondriami
Jedna záhada, ktorá je stále predmetom bádania je, čo sa stane mitochondriám v strese. Picardov odhad je, že začnú uvoľňovať hormón kortizol. V týchto bunkách mitochondrie syntetizujú hormón (s pomocou ďalšej organely, endoplazmatického retikula) premenou cholesterolu na kortizol. Kortizol potom putuje krvou po celom tele. Špecializované receptory prenášajú kortizol do jadier buniek, kde aktivujú asi 1 000 génov, ktoré pomáhajú bunkám pripraviť sa na odpoveď „bojuj alebo uteč“. Receptory však tiež privádzajú časť prichádzajúceho kortizolu do mitochondrií, kde tento kortizol interaguje s mitochondriálnou DNA a zefektívňuje výrobu energie.
V skutočnosti mitochondrie v nadobličkách produkujú stresový hormón a ten putuje do iných mitochondrií v celom tele, čím vyvoláva komplexnú stresovú reakciu. „Vytvára to krásny mitochondriálny „skupinový rozhovor“ medzi orgánmi, o ktorom sa doteraz veľa nehovorilo,“ povedal Picard.
Keď sa mitochondrie upravia v reakcii na tieto signály, môžu zmeniť tvar, od fazule po predĺženú, špagetovú štruktúru, môžu sa rozdeliť alebo sa navzájom spájajú. Prerušenie týchto procesov môže viesť k poškodeniu buniek a dokonca k ich smrti. Picard prirovnáva toto narušenie k sociálnej izolácii – keď mitochondrie nevedia navzájom „komunikovať“, sú na tom horšie.
Stanovenie toho, ako stres ovplyvňuje mitochondrie v mozgových bunkách, často zahŕňa obetovanie zvierat – postup, ktorý u ľudí zjavne neprichádza do úvahy. Napriek tomu existuje niekoľko štúdií, ktoré našli spôsoby, ako problém preskúmať u ľudí.
Jednou z nich bola štúdia v časopise Psychoneuroendocrinology z roku 2019, ktorú viedla Caroline Trumpffová, postdoktorandská výskumníčka v Picardovom laboratóriu. Ona a jej spolupracovníci Anna Marsland a Brett Kaufman z University of Pittsburgh sa pozreli na malú vzorku zdravých dospelých v strednom veku a zistili súvislosť medzi akútnym psychickým stresom a rýchlym nárastom krátkych segmentov mitochondriálnej DNA plávajúcich mimo buniek. Také kúsky mitochondriálnej DNA sa normálne uvoľňujú počas udalostí spojených s poranením alebo chorobou. Účinok bol výraznejší u mužov ako u žien.
Vedci stále zisťujú, ako k tomuto druhu mitochondriálneho poškodenia súvisiacemu so stresom dochádza. Pravdepodobným vysvetlením je, že nadmerná aktivita mitochondrií v reakcii na stres spôsobuje, že generujú viac molekúl nazývaných reaktívne druhy kyslíka, ktoré môžu byť pre bunky toxické, povedala Sandi.
Vedci sa tiež zhodujú v názore, že je zapojená aj ATP. „Schopnosť tela byť citlivé na vonkajší svet a potom reagovať interne, je založená na energii,“ povedal Picard. Štúdie naznačujú, že príliš stresované zvieratá môžu vykazovať zníženú produkciu ATP, čo môže narušiť mnohé procesy, ale najmä delenie buniek. To je obzvlášť dôležité pre hippocampus, mozgovú štruktúru životne dôležitú pre pamäť, učenie, emócie-a spracovanie stresu. Je to jedna z mála častí mozgu, kde aj u dospelých cicavcov existujú určité dôkazy o tom, že nové neuróny môžu byť vytvárané stále.
A hoci sú mitochondrie v tele všadeprítomné, ich štruktúrna a funkčná rozmanitosť v tkanivách a dokonca aj v jednotlivých bunkách je rôzna, a preto je zrejme možné mitochondriálne poškodenie pociťovať odlišne v konkrétnych mozgových dráhach – ako diskutovali Carmen Menacho a Alessandro Prigione z Heinrich Heine University v Nemecku v Júna v Medzinárodnom vestníku biochémie a bunkovej biológie.
Vedci zistili, že mitochondrie sú často ukotvené v kľúčových pozíciách v rámci neurónov, ako napríklad v blízkosti synapsií, zrejme aby pomohli ich funkcii. Mitochondriálne účinky sa môžu prejavovať aj prostredníctvom neneuronálnych gliových buniek (glial cells) mozgu, ako sú oligodendrocyty, ktoré obaľujú neuróny v myelíne, a astrocyty, ktoré podporujú zdravie neurónov. Neuróny niekedy eliminujú poškodené mitochondrie ich prenosom do astrocytov a astrocyty im posielajú zdravé mitochondrie. Ak stres naruší niektorý z týchto procesov v oblastiach mozgu, ako je nucleus accumbens, môže to mať vplyv na úzkostné poruchy.
Liečba úzkostných stavov a duševného zdravia
Oblasť psychiatrie potrebuje nové terapeutické lieky, poznamenáva Kalynchuk a postupy zamerané na zdravie mitochondrií môžu pomôcť ľuďom citlivým na stres, depresiu a úzkosť. Jej laboratórium sa zaoberá potenciálnymi antidepresívnymi účinkami veľkého extracelulárneho proteínu nazývaného relín, ktorý poskytuje „kostru“ pre migrujúce bunky a uľahčuje medzibunkovú komunikáciu. Stres znižuje hladiny relínu v laboratórnych zvieratách a zdá sa, že tento pokles pochádza z mitochondriálnej reakcie. Prvé výsledky publikované v januári 2020, v ktorých bol relín testovaný na samcoch potkanov, vyzerali sľubne; Kalynchukova skupina očakáva, že čoskoro podá správu o tom, či ženy reagujú odlišne.
Sandino laboratórium v roku 2017 ukázalo, že diazepam proti úzkosti zvyšuje mitochondriálne funkcie u potkanov. Ona a jej kolegovia v januári minulého roku dokázali, že doplnok posilňujúci mitochondrie (acetyl-L-karnitín) chránil myši citlivé na správanie podobné depresii u ľudí. V súčasnej dobe spolupracuje s farmaceutickými spoločnosťami na ďalších predklinických výskumoch možných terapií, ktoré by zvýšili mitochondriálny výkon, a zhromažďuje informácie o metabolitoch súvisiacich s mitochondriálnou funkciou.
Picard je skeptickejší k potenciálu vývoja liekov zameraných na mitochondrie. Ako alternatívu navrhuje, že správnou cestou by mohli byť postupy založené na mitochondriálnych funkciách, ako je cvičenie. Cvičenie, hovorí, môže byť „to najlepšie, čo môžete pre svoje mitochondrie urobiť“.
Stres je príliš komplikovaný jav na to, aby sa dal zredukovať na jednu príčinu. Matthew Hirschey z Ústavu molekulárnej fyziológie Duke University predpokladá, že kortizol je hlavným motorom vzťahu medzi mitochondriami a stresom a že existujú väzby na metabolizmus, ale tiež zdôrazňuje, že tieto mechanizmy nie sú celým príbehom. „Mitochondrie sú jednoznačne dôležité pre správnu neurologickú funkciu – neuróny sú ohromne aktívne bunky, ktoré na výrobu akčných potenciálov vyžadujú veľa energie, a preto na to potrebujú mitochondrie,“ napísal Hirschey v e -maile. „Ale či a ako externé psychologické stresory ovplyvňujú neuronálne mitochondriálne funkcie, nie je zatiaľ známe.“
Pre neho je dôležitejšie vidieť úlohu mitochondrií ako súčasť oveľa väčšej hádanky fyziológie úzkosti a stresu. Je to však časť, ktorá povzbudila rastúci počet výskumníkov, ktorí si s ňou budú dlhé roky sústredene lámať hlavu.
Ak sa Vám článok páčil, prosím o lajk či zdieľanie – tu na webe, alebo na FB, či instagrame alebo Twitteri – dostanete sa tam klikom na ikonu dole na stránke.
AK SI ŽELÁTE ČLÁNOK NA TÉMU, AKO OPRAVIŤ MITOCHINDRIE, PROSÍM DAJTE LAJK.
Mohlo by Vás zaujímať:
Môže oxid titaničitý spôsobiť rakovinu?
Ako uľaviť od bolesti trapézov
Prvá pomoc pri peľovej alergii
Zdroj:
