Związek między mitochondriami a chorobą zaczął być widoczny w 1975 roku, kiedy Douglas Wallace i jego koledzy, wtedy na Uniwersytecie Yale, opisali związek między mitochondrialnym DNA i zaburzeniem genetycznym. W latach 90. badacze powiązali skutki mutacji w mitochondrialnym DNA z różnymi innymi schorzeniami. Jedna na 5 000 osób cierpi na jakąś dziedziczną chorobę mitochondrialną, której konsekwencje mogą obejmować cukrzycę, problemy ze wzrokiem i słuchem, trudności w nauce i inne zaburzenia. Tylko w ostatniej dekadzie lub tak, jednak naukowcy poważnie badali wpływ mitochondriów na zdrowie psychiczne i dobre samopoczucie, zwłaszcza jeśli chodzi o stres, lęk i depresję.
Praca Sandi wyrosła z intuicji, że mitochondria mogą zmienić działanie wybranych ścieżek mózgowych. Nasze mózgi zjadają 20% tlenu, który pobierają nasze ciała, mimo że mózg stanowi tylko 2% naszej wagi. Deficyt produkcji energii komórkowej w krytycznych obwodach neuronalnych, ona hipoteza, może wyjaśnić ogólny brak motywacji i poczucie własnej wartości widziane w lękliwych ludzi.
Gdy Sandi umieścić szczury w konkurencji do ustalenia hierarchii społecznej, widziała, że zwierzęta z mniejszym niepokojem były bardziej prawdopodobne, aby uzyskać dominującą rangę. Dalsze badania wykazały, że te mniej niespokojne zwierzęta miały większą funkcję mitochondriów w jądrze accumbens, części mózgu istotnej dla zmotywowanego zachowania i produkcji wysiłku.
Inne badania w wielu laboratoriach odkryły dalsze powiązania między stresem a mitochondriami. W 2018 roku Picard i pionier badań nad stresem Bruce McEwen, który zmarł na początku tego roku, opublikowali metaanalizę 23 badań nad mitochondriami i lękiem: 19 wykazało „znaczący negatywny wpływ stresu psychologicznego na mitochondria”, a nawet pozostałe cztery odnotowały zmiany w wielkości mitochondriów lub funkcji w odpowiedzi na stres.
W 2018 roku artykuł przeglądowy autorstwa Anke Hoffmann z Muzeum Historii Naturalnej w Berlinie i Dietmara Spenglera z Instytutu Psychiatrii Maxa Plancka w Monachium podsumował dowody na to, że mitochondria mogą pośredniczyć w strukturalnych i funkcjonalnych odpowiedziach mózgu na stres we wczesnym życiu i służyć jako „subkomórkowy substrat w procesie programowania”. Eksperymentalne dowody na połączenia między funkcją mitochondriów i zdrowia psychicznego jest jeszcze niepewny i ma ważne ograniczenia, ale jest wystarczająco silny, aby przekonać naukowców do look deeper.
The Cross-Talk of Mitochondria
Jedna tajemnica nadal w trakcie dochodzenia otacza szczegóły tego, co dzieje się z mitochondriami pod stresem. Najlepsze przypuszczenie Picarda jest takie, że zaczyna się to, gdy wyzwalacz stresu sprawia, że komórki w nadnerczach uwalniają hormon kortyzol. Wewnątrz tych komórek, mitochondria syntetyzują hormon (z pomocą innej organelli, retikulum endoplazmatycznego) poprzez przekształcenie cholesterolu w kortyzol. Kortyzol następnie przemieszcza się po całym organizmie we krwi. Wyspecjalizowane receptory przenoszą kortyzol do jąder komórek, gdzie aktywuje on około 1000 genów, pomagając komórkom przygotować się do reakcji „walcz lub uciekaj”. Ale receptory również promować niektóre z przychodzących kortyzolu do mitochondriów, gdzie współdziała z mitochondrialnego DNA i sprawia, że produkcja energii bardziej efficient.
W efekcie, mitochondria w nadnercza produkują hormon stresu, a to podróżuje do innych mitochondriów w całym organizmie, przynosząc zintegrowaną odpowiedź stresu. „To tworzy piękny mitochondrialny cross-talk między organami, które nie zostały omówione lub opracowane bardzo dużo,” Picard said.
Jak mitochondria dostosować w odpowiedzi na te sygnały, mogą one zmienić kształt, z formy fasoli do wydłużonego, spaghettilike struktury, rozdzielić lub fuzji z sobą. Zakłócenie tych procesów fuzji i rozszczepienia może prowadzić do uszkodzenia, a nawet śmierci komórki. Picard porównuje to zakłócenie do izolacji społecznej – kiedy mitochondria nie mogą ze sobą rozmawiać, gorzej sobie radzą.
Określanie, jak stres wpływa na mitochondria w komórkach mózgu, często wiąże się z poświęcaniem zwierząt – praktyką, która jest oczywiście wykluczona w przypadku ludzi. Niemniej jednak kilka badań, które znalazły sposoby na zbadanie problemu u ludzi, znalazło oznaki link.
Jednym z nich było badanie 2019 w Psychoneuroendocrinology, prowadzone przez Caroline Trumpff, badaczkę podoktorancką w laboratorium Picarda. Ona i jej współpracownicy Anna Marsland i Brett Kaufman na Uniwersytecie w Pittsburghu spojrzeli na małą próbkę zdrowych dorosłych w średnim wieku i znaleźli związek między ostrym stresem psychologicznym a szybkim skokiem w krótkich segmentach mitochondrialnego DNA pływających poza komórkami. Takie kawałki mitochondrialnego DNA są normalnie uwalniane podczas szkodliwych wydarzeń związanych z urazem lub chorobą. Efekt był bardziej wyraźny u mężczyzn niż u kobiet.
Identyfikacja, jak ten rodzaj uszkodzenia mitochondrialnego związanego ze stresem występuje jest pracą w toku. Jednym z prawdopodobnych wyjaśnień jest to, że nadaktywność mitochondriów w odpowiedzi na stres sprawia, że generują one więcej cząsteczek zwanych reaktywnymi formami tlenu, które mogą być toksyczne dla komórek, Sandi said.
.