Митохондриальное здоровье и кетогенная диета
22 мая 2023
Как биогенез, динамика и митофагия исправляют ваш мозг
Некоторые из вас начинают понимать, что вам необходимо сосредоточиться на функции митохондрий, чтобы иметь здоровый мозг, который обеспечивает хорошее настроение и потрясающую когнитивную функцию. Некоторые из вас просто знают, что митохондрии играют ключевую роль. И вам может понравиться эта простая статья в блоге об этих удивительных органеллах!
Но некоторые из вас хотят знать больше о митохондриях, и изучение их важно для вас. Возможно, вы похожи на меня, которому нужно действительно понять научное "почему", чтобы что-то пошло впрок и чтобы мои новые модели поведения имели цель. Если вы такой человек, то эта статья для вас!
Давайте обсудим пути, которые поддерживают здоровье митохондрий, а затем рассмотрим, как кетогенная диета может повлиять на эти пути, чтобы помочь вам чувствовать себя лучше. Начнем?
Биогенез митохондрий
Митохондриальный биогенез - это процесс образования новых митохондрий в клетке, который играет важнейшую роль в регуляции клеточного метаболизма, поддержании энергетического гомеостаза и смягчении последствий окислительного стресса. Этот процесс является высокорегулируемым и включает в себя сложную координацию экспрессии генов, трансляции белков и сборки органелл.
Основным фактором биогенеза митохондрий является транскрипционный коактиватор PGC-1α. Пусть вас не отпугивает немного буквенной каши. Это легко понять! Я обещаю.
Ген PGC-1α кодирует белок под названием PGC-1α. Неудивительно, ведь большинство генов содержат инструкции по созданию белков.
PGC-1α - это белок, который помогает создавать и поддерживать здоровые митохондрии в нейронах, способствуя производству новых митохондрий. Он активирует экспрессию генов, участвующих в биогенезе (создании!) и функционировании митохондрий, в результате чего образуются новые митохондрии и повышается способность существующих митохондрий вырабатывать энергию!
В целом, процесс биогенеза митохондрий включает скоординированную экспрессию многих генов и сборку большого количества белков и других молекул, что в итоге приводит к образованию новых митохондрий в клетке. И если эта часть митохондриальной функции не будет протекать здоровым образом, ваш мозг будет испытывать голод по энергии, необходимой ему для работы и поддержания жизнедеятельности. Это вызывает целый каскад негативных эффектов, которые приводят к проблемам с другими митохондриальными путями.
Так что давайте узнаем больше.
Динамика митохондрий
Митохондриальная динамика относится к тому, как митохондрии изменяют свою форму и размер в ответ на различные сигналы в нашем организме. Этот процесс контролируется двумя основными процессами: слиянием и делением. Пусть вас не пугают эти два термина, потому что здесь я объясню их просто.
Слияние - это когда две или более митохондрий объединяются вместе, образуя большую, более взаимосвязанную сеть, а деление - когда митохондрия разделяется на две или более мелкие единицы. Слияние митохондрий может увеличить количество вырабатываемой энергии, а деление - уменьшить. Это позволяет митохондриям адаптироваться к различным энергетическим потребностям клетки.
Благодаря слиянию и делению митохондрии могут адаптироваться к изменяющимся энергетическим потребностям и реагировать на клеточные стрессоры. Это происходит потому, что когда митохондрии сливаются вместе, они делятся ресурсами и могут производить больше энергии, чем когда они разделены. И наоборот, когда митохондрии делятся, они становятся меньше и более изолированными, что может снизить производство энергии.
Изменения формы митохондрий очень важны и могут помочь им реагировать на клеточные стрессоры. Например, когда клетки подвергаются высокому уровню окислительного стресса (который может повредить клетки и ДНК), митохондрии могут подвергнуться делению, чтобы создать новые, более здоровые митохондрии, которые лучше справятся со стрессом. Эти изменения формы (морфологии) могут также способствовать коммуникации между митохондриями и другими частями клетки. Например, слияние митохондрий может обеспечить обмен белками и другими молекулами между митохондриями, что может быть важно для регулирования клеточного метаболизма и производства энергии.
Митохондриальная митофагия
Митофагия митохондрий - это процесс, в ходе которого клетки избирательно удаляют поврежденные или дисфункциональные митохондрии, помогая поддерживать здоровье митохондриальной сети и снижая окислительный стресс. А вы все уже знаете, что это значит для работы мозга!
Процесс митохондриальной митофагии включает в себя несколько этапов. Во-первых, поврежденные или дисфункциональные митохондрии идентифицируются и помечаются для уничтожения процессом под названием убиквитинирование. Это забавное слово описывает процесс, в ходе которого белок убиквитин добавляется к поврежденным митохондриям, помечая их для удаления.
Затем помеченные митохондрии окружаются мембранной структурой, называемой аутофагосомой, которая образует пузырек, поглощающий поврежденные митохондрии. Затем аутофагосома сливается с лизосомой - специализированной органеллой, содержащей ферменты, способные расщеплять и разлагать клеточные отходы.
Когда поврежденные митохондрии оказываются внутри лизосомы, ферменты расщепляют их на составные части, которые могут быть переработаны клеткой. Это сложный процесс, включающий несколько этапов и согласование различных клеточных компонентов. К счастью, вам не нужно понимать все этапы, чтобы знать, что этот митохондриальный процесс имеет решающее значение для достижения ваших целей в области здоровья мозга.
В периоды митохондриальной дисфункции и сбоя механизмов контроля качества митохондрий (таких как митофагия) ROS/RNS могут вызывать повреждение клеточных макромолекул и некротическую гибель клеток. Правильный контроль и координация путей митофагии имеют решающее значение для предотвращения гибели клеток и воспаления.
*Swerdlow, N. S., & Wilkins, H. M. (2020). Mitophagy and the brain. International journal of molecular sciences, 21(24), 9661. *https://doi.org/10.3390/ijms21249661
Этот процесс селективного удаления поврежденных митохондрий помогает поддерживать здоровую митохондриальную сеть и снижать окислительный стресс, и, по сути, является огромным компонентом вашей способности восстанавливать настроение и когнитивные функции!
#MitochondriaMatter
В мозге митофагия особенно важна из-за высоких энергетических потребностей клеток мозга и их восприимчивости к окислительному стрессу. Нарушение функции митохондрий и окислительный стресс были связаны с развитием различных нейродегенеративных заболеваний и психических расстройств.
Кетогенная диета и митохондрии
Я думаю, вам важно знать, что кетогенная диета оказывает глубокое положительное воздействие на эти митохондриальные пути.
Существуют доказательства того, что кетогенная диета может влиять на динамику митохондрий, включая процессы слияния и деления, которые формируют морфологию митохондрий. Исследования на животных и людях показали, что кетогенная диета может увеличить экспрессию генов, участвующих в слиянии митохондрий, увеличивая размер и сложность сети митохондрий.
Недавние исследования показали, что кетогенная диета может снижать экспрессию генов, участвующих в делении митохондрий, что может способствовать фрагментации и дисфункции митохондрий. В частности, было установлено, что кетогенная диета снижает экспрессию белка Drp1, который участвует в процессе деления митохондрий.
KD может подавлять стресс ER [эндоплазматического ретикулума] и защищать целостность митохондрий путем подавления митохондриальной транслокации Drp1 для подавления активации NLRP3 инфламмасомы, тем самым оказывая нейропротекторное действие.
Почему мы хотим уменьшить деление митохондрий? Потому что чрезмерное деление митохондрий может привести к фрагментации и дисфункции митохондрий, что связано с различными заболеваниями, включая нейродегенеративные расстройства.
Эти изменения в динамике митохондрий могут способствовать общему улучшению функции митохондрий, наблюдаемому при кетогенной диете.
Хотя механизмы, с помощью которых кетогенная диета может улучшить эти состояния, выходят за рамки функции митохондрий, большая степень, в которой пищевой кетоз увеличивает зависимость от митохондриального метаболизма, убедительно свидетельствует о том, что митохондриальная адаптация является центральным фактором.
*Miller, V. J., Villamena, F. A., & Volek, J. S. (2018). Nutritional ketosis and mitohormesis: potential implications for mitochondrial function and human health. Journal of nutrition and metabolism, 2018. *https://doi.org/10.1155/2018/5157645
Заключение
Итак, да, митохондрии - это энергетические центры наших клеток, ответственные за производство энергии, необходимой клеткам для нормального функционирования. Но процессы динамики митохондрий, митофагии и биогенеза митохондрий также имеют решающее значение для поддержания здоровья и правильного функционирования этих жизненно важных органелл.
Благодаря этим процессам клетки могут регулировать производство энергии и метаболизм в мозге. Нам необходимо, чтобы эти пути хорошо работали, чтобы адаптироваться к изменяющимся потребностям в энергии, реагировать на клеточные стрессоры и предотвращать накопление поврежденных или дисфункциональных митохондрий. А что происходит, когда эти пути нарушаются в мозге? Мы видим развитие психических заболеваний и нейродегенеративных расстройств.
Если последнее утверждение звучит скандально и ненаучно, вам необходимо ознакомиться с областями метаболической психиатрии и неврологии. Я бы рекомендовал вам ознакомиться с книгой Криса Палмера "Энергия мозга".
Из этой статьи вы узнали, что последние исследования подтверждают утверждение о том, что кетогенная диета может иметь важные последствия для динамики и функционирования митохондрий. И речь идет не о том, что кетогенная диета оказывает не большой эффект. Кетогенная диета буквально изменяет экспрессию генов, участвующих в делении и слиянии митохондрий, и оказывает нейропротекторное действие.
Я надеюсь, что эта статья в блоге способствовала вашему пониманию процессов, которые регулируют функцию и динамику митохондрий, и того, как кетогенная диета может стать мощным средством лечения метаболических нарушений в мозге, которые проявляются как психические заболевания и неврологические расстройства.
Потому что вы имеете право знать все способы, с помощью которых вы можете чувствовать себя лучше.
Ссылки
Guo, M., Wang, X., Zhao, Y., Yang, Q., Ding, H., Dong, Q., … & Cui, M. (2018). Ketogenic diet improves brain ischemic tolerance and inhibits NLRP3 inflammasome activation by preventing Drp1-mediated mitochondrial fission and endoplasmic reticulum stress. Frontiers in Molecular Neuroscience, 11, 86. https://doi.org/10.3389/fnmol.2018.00086
Miller, V. J., Villamena, F. A., & Volek, J. S. (2018). Nutritional ketosis and mitohormesis: potential implications for mitochondrial function and human health. Journal of nutrition and metabolism, 2018. https://doi.org/10.1155/2018/5157645
Palmer, C. D. (2014). Brain Energy. Academic Press. https://brainenergy.com/
Qu, C., Keijer, J., Adjobo-Hermans, M. J., van de Wal, M., Schirris, T., van Karnebeek, C., … & Koopman, W. J. (2021). The ketogenic diet as a therapeutic intervention strategy in mitochondrial disease. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 138, 106050. https://doi.org/10.1016/j.biocel.2021.106050
Swerdlow, N. S., & Wilkins, H. M. (2020). Mitophagy and the brain. International journal of molecular sciences, 21(24), 9661. https://doi.org/10.3390/ijms21249661
