Wolne mitochondria a choroby neurodegeneracyjne

Jaką funkcję pełnią wolne, pozakomórkowe mitochondria w procesach neurodegeneracyjnych?

Od kiedy odkryto, że mitochondria mogą występować poza komórkami, zaczęto bliżej przyglądać się w jaki sposób wolne mitochondria oddziałują na nasz zdrowie. Jednym z przykładów jest wykrycie pozakomórkowych mitochondriów w płynie mózgowo-rdzeniowym, które występują zarówno u osób zdrowych jak i u pacjentów z chorobami neurodegeneracyjnymi. Przypuszcza się, że wolne mitochondria w płynie mózgowo-rdzeniowym mogą być wskaźnikiem diagnostycznym chorób neurodegeneracyjnych, a nawet mogą wykazywać działanie ochronne na komórki nerwowe.

Mitochondria poza komórkami

Odkrycie pozakomórkowych mitochondriów w płynie mózgowo-rdzeniowym, zostało powiązane z takimi zaburzeniami jak: krwotok podpajęczynówkowy i opóźnione niedokrwienie mózgu. W związku z tym pojawiło się wiele pytań, czy wolne DNA mitochondrialne krążące w płynie mózgowo-rdzeniowym to zjawisko naturalne czy patologiczne. Jaka jest rola mitochondriów pozakomórkowych (aktywnych i nieaktywnych) w płynie mózgowo-rdzeniowym oraz jakie są między nimi różnice?

Płyn mózgowo-rdzeniowy (CSF), krąży wzdłuż tkanek mózgu i rdzenia kręgowego, transportując składniki odżywcze i cząsteczki sygnałowe do ośrodkowego układu nerwowego. Prawidłowa aktywność mitochondrialna w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN) jest niezbędna do zachodzenia ważnych procesów takich jak neuroplastyczność, różnicowanie neuronalne i produkcja neuroprzekaźników. Dlatego sprawnie funkcjonujące mitochondria obniżają ryzyko wystąpienia chorób neurodegeneracyjnych.

Mitochondria pozakomórkowe mogą oddziałują zarówno jako sygnały predysponujące do zmian patologicznych, oraz jako czynniki ochronne dla komórek. Mitochondria poza komórkami mogą przybierać różną postać: aktywnych mitochondriów, nieaktywnych mitochondriów,  mitochondrialnego DNA (ccf-mtDNA), fragmentów mitochondriów, czy mitochondriów w pęcherzykach transportowych. W zależności od postaci w jakiej występują wykazują inne oddziaływanie na komórki.  

Mitochondria w płynie mózgowo-rdzeniowym a choroby neurodegeneracyjne

Istnieje wiele chorób układu nerwowego, których główną przyczyna są zaburzenia funkcji mitochondriów. Uszkodzenie mitochondriów i powiązane z tym dysfunkcje neuronów występująm.in w zaburzeniach takich jak choroba Parkinsona, Alzheimera, choroba Huntingtona, ALS. Dysfunkcje mitochondriów w OUN mogą prowadzić również do zaburzeń takich jak spadek funkcji poznawczych, migreny, czy padaczka. Z kolei wolne mitochondria w płynie mózgowo-rdzeniowym wykryto m.in. w urazach mózgu, stwardnieniu rozsianym, czy u osób po udarach.

Mitochondria w płynie mózgowo-rdzeniowym – potencjalne korzyści

Mitochondria mogą zostać uwolnione z komórek w wyniku stresu, uszkodzenia lub śmierci komórki. Mogą być również aktywnie uwalniane przez zdrowe komórki w celu naprawy innych uszkodzonych komórek.

Aktywne mitochondria pozakomórkowe mogą być wychwytywane przez komórki ośrodkowego układu nerwowego (OUN) wpływając pozytywnie na ich fizjologię. Sugeruje się nawet, że zawieszone w płynie mózgowo-rdzeniowym mitochondria mogą brać udział w ochronie komórek i w procesach regeneracji.

Obecność pozakomórkowych mitochondriów w płynie mózgowo-rdzeniowym nie jest do końca poznana. Wskazuje się, że mogą służyć jako sygnał ostrzegawcze w celu zmniejszenia stresu komórkowego który towarzyszy zaburzeniom neurologicznym. Ta funkcja może posłużyć jako wskaźnik diagnostyczny w kierunku chorób neurodegeneracyjnych.

Sugeruje się, że wprowadzenie do płynu mózgowo-rdzeniowego mitochondriów pozakomórkowych może stanowić potencjalną terapię chorób neurodegeneracyjnych, udarów niedokrwiennych i urazów.

Podsumowanie

Mitochondria zewnątrzkomórkowe w płynie mózgowo-rdzeniowym mogą mieć istotny wpływ na rozwój nowych metod wykorzystujących mitochondria jako środki terapeutyczne. Wczesne badania pokazują, że przeszczepienie prawidłowo funkcjonujących mitochondriów do płynu mózgowo-rdzeniowego ma potencjalne działanie terapeutyczne w różnych patologiach układu nerwowego.

Wzrost lub spadek liczny mitochondrialnego DNA w OUN jest związany z różnymi chorobami, co sugeruje, że może istnieć poziom wyjściowy, w którym mtDNA nie wyzwala reakcji patofizjologicznych, a raczej odzwierciedla stan zdrowia.

Zatem ilość mtDNA w płynie mózgowo-rdzeniowym może być wykorzystana jako nowy sposób diagnostyczny. Szacowanie ilości mtDNA wymaga odpowiednio przeprowadzonej analizy molekularnej i może pomóc w określeniu rokowań u pacjentów cierpiących na choroby neurologiczne.

Dlatego konieczne są dalsze badania, aby w pełni zrozumieć znaczenie i rolę zewnątrzkomórkowych mitochondriów w płynie mózgowo-rdzeniowym w fizjologii i patofizjologii OUN.

Na podstawie: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1567724921000131