Rebranding Mitochondria
 The Scientist 2023 | |
|---|---|
|
По мере того, как ученые осознают многогранную роль митохондрий, некоторые считают, что аналогия с “электростанцией клетки” устарела. |
В популярной индийской притче несколько слепых впервые общаются со слоном и представляют, как он выглядит. Человек, прикасающийся к бивню, может описать слона как копье, в то время как человек, дергающий за хвост, может подумать, что это веревка. Все они упускают общую картину. Мораль этой истории такова, что ограниченный опыт может привести к неточным перспективам.
Митохондрии постоянно вырабатывают химическую энергию для подпитки обширной сети биохимических реакций, происходящих по всей клетке, что вдохновляет на создание универсального афоризма о “электростанциях клетки”. Однако последние несколько десятилетий привели к более детальному пониманию органелл, и появляется все больше доказательств того, что они способствуют развитию ряда заболеваний, регулируют несколько клеточных процессов и играют многогранную роль в клетках. Это привлекло многих ученых, даже тех, кто имеет узкое представление об органелле и биологии митохондрий.
Учитывая это, Пикард выдвинул две перспективы, которые, как он надеется, послужат бесценным справочником по органелле как для экспертов, так и для посетителей в этой области.1,2 В первой перспективе, опубликованной в журнале “Клеточный метаболизм”, Martin Picard, and Orian Shirihai, биолог по митохондриям из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, доказали, что аналогия с электростанцией устарела; вместо этого они фокусируются на органелле как великом коммуникаторе клетки.1 " Митохондрии функционируют как клеточные процессоры, как маленькие антенны, которые могут принимать информацию, интегрировать ее, а затем вырабатывать сигналы, которые влияют на клетку и весь организм ", - сказал Пикард. Входные данные включают гормоны, метаболиты и питательные вещества, которые направляют выходные сигналы, регулирующие метаболические пути, экспрессию генов и стимулирующие адаптивное поведение.
Хотя Пикард и его коллеги пересматривают органеллу под эгидой коммуникаторов, они подчеркнули, что важен контекст. На ранних стадиях развития митохондрии диверсифицируются и специализируются по мере появления различных типов клеток и тканей. По мере того, как ученые продолжают открывать и определять функционально и молекулярно различные типы клеток, Пикард отмечает растущее количество свидетельств митохондриальных фенотипов, или митотипов, которые, вероятно, влияют на обработку сигналов и митохондриальную коммуникацию.3 Например, команда Пикарда и другие показали, что клетки мозга мышей демонстрируют региональные и клеточно-специфические функциональные различия, в то время как иммунные клетки человека различаются по выработке АТФ и количеству копий митохондриальной ДНК.3-5 Митохондрии разнообразны и многогранны, и они демонстрируют высокую степень гетерогенности в разных тканях.1  Инфографика, демонстрирующая многогранную роль митохондрий
разработанf ЭШЛИ КЭМПСОЛЛ
Динамическое взаимодействие между этими доменами позволяет этим изменяющим форму органеллам реагировать на окружающую среду. В этой развивающейся структуре митохондрии рассматриваются как клеточные процессоры.2
Ссылки
Монцель А.С. и др. Nat Metab. 2023;5 (4): 546-562.
Пикард М., Ширихай О. Клеточный метаболизм . 2023;34(11):1620-1653.
Смотрите полную инфографику: ВЕБ | PDF
“Теперь, когда мы это знаем, нам нужна достойная система номенклатуры, которая позволит нам научить следующее поколение формулировать конкретные гипотезы, а затем проектировать исследования для проверки этого с определенным уровнем специфичности”, - сказал Пикард. С точки зрения исследования метаболизма в природе Пикард и его коллеги предложили терминологическую систему для повышения специфичности языка науки о митохондриях.2 Их система различает множество клеточно-зависимых свойств, молекулярных особенностей, активностей, функций и поведения, используемых митохондриями.
Майк Мерфи, биолог по митохондриям из Кембриджского университета, который не участвовал в написании перспектив, согласился с призывом Пикарда к более точным формулировкам. “Мы используем расплывчатые термины, такие как митохондриальная дисфункция, и неясно, что это означает”, - сказал Мерфи. Вместо этого описания должны быть сосредоточены на конкретном процессе, который пошел наперекосяк, таком как гомеостаз кальция, окислительное фосфорилирование с образованием АТФ или вклад в иммунную сигнализацию. “Чем лучше вы понимаете многие роли митохондрий, тем точнее вы можете быть и тем лучше и яснее будет гипотеза, к которой вы придете”, - сказал Мерфи.
“Я поддерживаю эту цель, [но] я неохотно соглашаюсь с жесткой номенклатурой”, - сказал Мерфи. Митохондрии динамичны и постоянно адаптируются в ответ на изменение окружающей среды, что может затруднить отнесение этих изменяющих форму органелл к одной классификации вместо другой.
Еще неизвестно, примут ли ученые предложенную терминологическую систему, но понимание невероятного разнообразия органелл только растет. “В мире митохондриальной биологии мы находимся в том же положении, что и, вероятно, 200 лет назад, когда люди поняли: "О, мы сделаны из клеток”, - сказал Пикард.
ABOVE:
© ISTOCK.COM, ARTUR PLAWGO
In a popular Indian parable, a few blind men interact with an elephant for the first time and imagine what it looks like. The man touching the tusk may describe the elephant as a spear, while the person tugging the tail may think that it’s a rope. All of them miss the big picture. The moral of the story is that narrow experiences can advance inaccurate perspectives.
Martin Picard, a mitochondrial biologist at Columbia University, likened mitochondria to the elephant in the fable. “Mitochondria are diverse,” said Picard. “To some people, that’s a gentle reminder. For some people, that’s an eye-opening claim.”
Mitochondria constantly churn out chemical energy to fuel the extensive network of biochemical reactions occurring throughout the cell, thus inspiring the universal aphorism of the “powerhouses of the cell.” However, the last few decades have ushered in a more nuanced understanding of the organelle with growing evidence that it contributes to a number of diseases, regulates several cellular processes, and plays multifaceted roles in cells. This attracted many scientists, even those who may have a narrow understanding of the organelle, to mitochondrial biology.
With a greater understanding of the many roles of mitochondria, the more precise you can be and the better and clearer the hypothesis you’ll come up with will be.
—Mike Murphy, University of Cambridge
Considering this, Picard spearheaded two perspectives that he hopes will serve as an invaluable compendium on the organelle for experts and visitors to the field alike.1,2 In the first perspective, published in Cell Metabolism, Picard and Orian Shirihai, a mitochondrial biologist at the University of California, Los Angeles, made the case that the powerhouse analogy is dated; they instead focus on the organelle as the great communicator of the cell.1 “Mitochondria function like cellular processors, like little antennas that can receive information, integrate information, and then produce signals that influence the cell and the whole organism,” said Picard. Inputs include hormones, metabolites, and nutrients that direct output signals that orchestrate metabolic pathways, gene expression, and drive adaptive behaviors.
Although Picard and his colleagues rebranded the organelle under the umbrella of communicators, they emphasized that context matters. Early in development, mitochondria diversify and specialize as different cell types and tissues emerge. Just as scientists continue to discover and define functionally and molecularly distinct cell types, Picard noted rising evidence of mitochondrial phenotypes, or mitotypes, that likely influence signal processing and mitochondrial communication.3 For example, Picard’s team and others showed that brain cells in mice exhibit regional and cell-specific functional differences, while human immune cells vary in ATP production and mitochondrial DNA copy number.3-5
Mitochondria are diverse and multifaceted, and they exhibit a high degree of heterogeneity across tissues.1
Infographic showing the multifaceted role of mitochondria
DESIGNED BY ASHLEIGH CAMPSALL
Dynamic interplay across these domains allows these shape-shifting organelles to respond to their environments. In this evolving framework, mitochondria are viewed as cellular processors.2
References
Monzel AS, et al. Nat Metab. 2023;5(4):546-562.
Picard M, Shirihai OS. Cell Metab. 2023;34(11):1620-1653.
"Теперь, когда мы это знаем, нам нужна достойная система номенклатуры, которая позволит научить следующее поколение формулировать конкретные гипотезы, а затем разрабатывать исследования для их проверки с определенным уровнем специфичности", - говорит Пикар. В своей статье в Nature Metabolism Пикард и его коллеги предложили терминологическую систему для повышения конкретности языка науки о митохондриях.2 Их система различает множество зависящих от клетки свойств, молекулярных особенностей, видов деятельности, функций и поведения, которыми обладают митохондрии.
Майк Мерфи, митохондриальный биолог из Кембриджского университета, не принимавший участия в написании перспектив, согласился с призывом Пикара к более точным формулировкам. "Мы используем такие расплывчатые термины, как митохондриальная дисфункция, и не совсем понятно, что это значит, - сказал Мерфи. Вместо этого в описаниях следует сосредоточиться на конкретном процессе, который вышел из строя, например, на гомеостазе кальция, окислительном фосфорилировании, производящем АТФ, или на вкладе в иммунную сигнализацию". "Чем лучше вы будете понимать многочисленные роли митохондрий, тем точнее и яснее будут ваши гипотезы", - говорит Мерфи.
"Я поддерживаю эту цель, [но] не хочу идти на поводу у жесткой номенклатуры, - говорит Мерфи. Митохондрии динамичны и постоянно адаптируются к изменяющейся среде, что может затруднить отнесение этих изменяющихся органелл к одной классификации по сравнению с другой".
Примут ли ученые предложенную систему терминов, пока неизвестно, но понимание невероятного разнообразия этих органелл только растет. В мире митохондриальной биологии мы находимся в том же положении, что и 200 лет назад, когда люди поняли: "О, мы состоим из клеток", - говорит Пикард.
References |