Ю.А. Черемнов1, В.Н. Давиденко2, В.В. Алексеев3, Л.М. Маркво4, Ю.М. Королёв5, Н.В. Алексеева6, Н.В. Шатунова7

1–7 ФГБОУ ВО Ростовский государственный медицинский университет (г. Ростов-на-Дону, Россия)

1 ury369@yandex.ru, 2 davidenko-116@yandex.ru, 3 аlekseev_vv@rostgmu.ru, 4 mark-wo@yandex.ru, 5 korol-lev63@mail.ru, 6 аlekseeva_nv@rostgmu.ru, 7 shatunova_nv@rostgmu.ru

Постановка проблемы. Митохондрия – двумембранная полуавтономная органелла, которая является неотъемлемым компонентом эукариотической клетки. Впервые митохондрии были описаны в XIX в., в XX в. с появлением новых методов исследования была определена их основная функция – энергетическая. Однако с годами, исследуя митохондрию, специалисты обнаруживали всё больше фундаментальных для работы клетки функций данной органеллы.

Цель работы – анализ этапов изучения митохондрий, глубокое раскрытие ультраструктурных особенностей и функциональных нагрузок этих обязательных внутриклеточных структур, морфофункциональных перестроек при патологии.

Результаты. Рассмотрены этапы изучения митохондрии: микроскопический, гистохимический, биохимический, электронно-микроскопический, генетический. Принцип, по которому изучение митохондрии можно разбить на этапы, основывается на изобретении новых методов изучения, каждый из которых позволял раскрыть определенные функции или ультраструктурные особенности органеллы. Также рассмотрены как классические, так и неклассические функции митохондрий: в частности, участие в теплопродукции, стероидогенезе, обмене железа, апоптозе клетки, активации иммунных реакций, участие в высвобождении нейромедиаторов и секреторных пузырьков с гормонами.

Практическая значимость. Обширные знания о роли данной органеллы в клетке могут служить инструментом к пониманию патогенеза множества патологий, при которых изменяются функции или структура митохондрий, а также открыть новые перспективы использования полученных знаний в медицине.

Черемнов Ю.А., Давиденко В.Н., Алексеев В.В., Маркво Л.М., Королёв Ю.М., Алексеева Н.В., Шатунова Н.В. Митохондрия как одна из важнейших органелл клетки // Технологии живых систем. 2026. T. 23. № 3. С. 48-58. DOI: https://doi.org/10.18127/ j20700997-202603-05

1. Фрелих Г.А., Поломеева Н.Ю., Васильев А.С., Удут В.В. Современные методы оценки функционального состояния митохондрий // Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины. 2013. Т. 28. № 3. С. 7–13.
2. Ленинджер А.Л. Митохондрия: Молекулярные основы структуры и функции. М.: Мир. 1966. 316 с.
3. Панов А.В., Дикалов С.И., Даренская М.А. и др. Митохондрии: старение, метаболический синдром и сердечно-сосудистая патология. Становление новой парадигмы // Acta Biomedica Scientifica. 2020. Т. 5. № 4. С. 33–44.
4. Муранова А.В., Строков И.А. Митохондриальные цитопатии: синдромы melas и MIDD. Один генетический дефект – разные клинические фенотипы // Неврологический журнал. 2017. № 1. С. 19–24.
5. Фомченко Н.Е., Воропаев Е.В., Скачков А.В., Затора Н.Ю. Биологическая роль митохондрий в старении организма // Проблемы здоровья и экологии. 2015. № 4. С. 8–13.
6. Мережковский К.С. Теория двух плазм как основа симбиогенезиса, нового учения о происхождении организмов. Казань: Типо-лит. Имп. Ун-та. 1909. 102 с.
7. Панов А.В., Голубенко М.В., Даренская М.А., Колесников С.И. Происхождение митохондрий и их роль в эволюции жизни и здоровья человека // Acta Biomedica Scientifica. 2020. Т. 5. № 5. С. 12–25.
8. Руина Е.А., Чадаева О.И., Паршина Е.В., Смирнов А.А. Оптическая невропатия Лебера // Медицинский альманах. 2017. № 5. С. 120–126.
9. Alvarez-Delgado V. Carolina, Mendoza-Rodríguez C. Adriana, Picazo O., Cerbón M. Different expression of alpha and beta mitochondrial estrogen receptors in the aging rat brain: interaction with respiratory complex // Experimental Gerontology. 2010. № 45. P. 580–585.
10.  Мурзаева М.В. Биологическая роль митохондрий в условиях нормы и патологии // Бюллетень медицинских интернет-конференций. 2018. Т. 8. № 9. С. 422.
11. Mao W., Yu X.X., Zhong A. et al. UCP4, a novel brain-specific mitochondrial protein that reduces membrane potential in mammalian cells // FEBS Lett. 1999. V. 443. № 3. P. 326-330.
12. Kern B., Ivanina A.V., Piontkivska H. et al. Molecular characterization and expression of a novel homolog of uncoupling protein 5 (UCP5) from the eastern oyster Crassostrea virginica (Bivalvia: Ostreidae) // Comp. Biochem. Physiol. Part D Genomics Proteomics. 2009. V. 4. № 2. P. 121-127. DOI: 10.1016/j.cbd.2008.12.006
13. Бахтюков А.А., Шпаков А.О. Молекулярные механизмы регуляции стероидогенеза в клетках Лейдига // Цитология. 2016. Т. 58. № 9. P. 666–678.
14. Midzak A., Papadopoulos V. Adrenal mitochondria and steroidogenesis: from individual proteins to functional protein assemblies // Front. Endocrinol. (Lausanne). 2016. V. 7. P. 106. DOI: 10.3389/fendo.2016.00106
15. Кит О.И., Франциянц Е.М., Нескубина И.В. и др. Влияние варианта развития меланомы В16/F10 на содержание кальция в митохондриях различных органов самок мышей // Исследования и практика в медицине. 2021. V. 8. № 1. P. 20–29.
16. Agarwal A., Wu P.H., Hughes E.G. et al. Transient opening of the mitochondrial permeability transition pore induces microdomain calcium transients in astrocyte processes // Neuron. 2017. V. 93. № 3. P. 587–605.
17. Bauer T.M., Murphy E. Role of Mitochondrial Calcium and the Permeability Transition Pore in Regulating Cell Death // Circ. Res. 2020. V. 126. № 2. P. 280–293. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.119.316306
18. Birsoy K., Wang T., Chen W.W. An essential role of the mitochondrial electron transport chain in cell proliferation is to enable aspartate synthesis // Cell. 2015. V. 162. № 3. P. 540–551. DOI: 10.1016/j.cell.2015.07.016
19. Lewis T.L. Jr., Kwon S.-K., Lee A. et al. MFF-dependent mitochondrial fission regulates presynaptic release and axon branching by limiting axonal mitochondria size // Nat. Commun. 2018. V. 9. № 1. P. 1-17. DOI: 10.1038/s41467-018-07416-2
20. Watanabe A., Maeda K., Nara A. et al. Quantitative analysis of mitochondrial calcium uniporter (MCU) and essential MCU regulator (EMRE) in mitochondria from mouse tissues and HeLa cells // FEBS Open Bio. 2022. V. 12. № 4. P. 811–826. DOI: 10.1002/2211-5463.13371
21. Szabo I., Zoratti M. Mitochondrial channels: ion fluxes and more // Physiol. Rev. 2014. V. 94. № 2. P. 519–608. DOI: 10.1152/physrev.00021.2013
22. Исрапилова А.И., Османова П.М., Гаджиева А.К., Магомедова К.М. Современные представления о роли митохондрий в функционировании клетки // Международный студенческий вестник. 2020. № 5. P. 13-18.
23. Лычковская Е.В., Труфанова Л.В., Белова О.А. и др. Роль митохондрий в регуляции кальциевой сигнализации лимфоцитов // Сибирское медицинское обозрение. 2016. № 5 (101). P. 5–14.
24. Франциянц Е.М., Нескубина И.В., Шейко Е.А. Митохондрии трансформированной клетки как мишень противоопухолевого воздействия // Исследования и практика в медицине. 2020. V. 7. № 2. P. 92–108. DOI: 10.17709/2409-2231-2020-7-2-9
25. Кит О.И., Франциянц Е.М., Нескубина И.В. и др. Влияние варианта развития меланомы В16/F10 на содержание Вcl-2 в митохондриях клеток различных органов самок мышей // Бюллетень сибирской медицины. 2021. Т. 8. № 1. С. 46–53. DOI: 10.20538/1682-0363-2021-3-46-53
26. Aouacheria A., Baghdiguian S., Lamb H.M. et al. Connecting mitochondrial dynamics and life-or-death events via Bcl-2 family proteins // Neurochem. Int. 2017. V. 109. P. 141-161. DOI: 10.1016/j.neuint.2017.04.009
27. Bock F.J., Tait S.W.G. Mitochondria as multifaceted regulators of cell death // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2020. V. 21. № 2. P. 85–100. DOI: 10.1038/s41580-019-0173-8
28. Stiban J., So M., Kaguni L.S. Iron-Sulfur Clusters in Mitochondrial Metabolism: Multifaceted Roles of a Simple Cofactor // Biochemistry (Moscow). 2016. V. 81. № 10. P. 1066–1080. DOI: 10.1134/S0006297916100059
29. Успенская Ю.А., Малиновская Н.А., Салмина А.Б. Межклеточный транспорт митохондрий: молекулярные механизмы и роль в поддержании энергетического гомеостаза в тканях // Цитология. 2021. Т. 63. № 6. С. 513–530. DOI: 10.31857/S0041377121060110
30. Кит О.И., Франциянц Е.М., Шихлярова А.И., Нескубина И.В. Механизмы естественного переноса митохондрий в норме и при онкопатологии // Ульяновский медико-биологический журнал. 2023. № 3. С. 14–29. DOI: 10.34014/2227-1848-2023-3-14-29
31. Казаков В.М., Скоромец А.А., Руденко Д.И. и др. Митохондриальные болезни: миопатии, энцефаломиопатии и энцефаломиелополиневропатии // Неврологический журнал. 2018. № 6. С. 272–280. DOI: 10.18821/1560-9545-2018-23-6-272-281
32. Рушкевич Ю.Н., Мальгина Е.В., Бадамшин Р.Р. и др. Наследственные миопатии у взрослых // Медицинские новости. 2021. № 2 (317). С. 23–28.
33. Пузаков К.К. Актуальность исследований митохондриальных цитопатий для медицины // Бюллетень медицинских интернет-конференций. 2017. Т. 7. № 6. С. 1082.
34. Gerbitz K.D., Van Den Ouweland J.M., Maassen J.A., Jaksch M. Mitochondrial diabetes mellitus: a review // Biochim. Biophys. Acta (BBA) Mol. Basis Dis. 1995. V. 1271. № 1. P. 253–260. DOI: 10.1016/0925-4439(95)00036-4
35. Полехина Н.В., Федотова Е.Ю., Байдина Е.В. и др. Наследственная оптическая невропатия Лебера: обзор литературы и клиническое наблюдение // Нервные болезни. 2018. № 3. С. 63–68.
36. Joshi A.U., Mochly-Rosen D. Mortal engines: Mitochondrial bioenergetics and dysfunction in neurodegenerative diseases // Pharmacol. Res. 2018. V. 138. P. 2–15. DOI: 10.1016/j.phrs.2018.08.010
37. Курбатов С.А., Федотов В.П., Цыганкова П.Г. и др. Дифференциальная диагностика митохондриальной нейрогастроинтестинальной энцефаломиопатии. Первое клиническое описание в России // Нервно-мышечные болезни. 2015. Т. 5. № 2. С. 44–54. DOI: 10.17650/2222-8721-2015-5-2-44-54
38. Сапрунова В.Б., Бакеева Л.Е., Ягужинский Л.С. Ультраструктура митохондрий кардиомиоцитов в условиях аноксии на модели переживающей ткани сердца // Митохондрии в патологии. Пущино. 2001. С. 71–74.
39. Андреев А.Ю., Кушнарева Е.Ю., Старков А.А. Метаболизм активных форм кислорода в митохондриях // Биохимия. 2005. V. 70. № 2. P. 246–264.
40. Allemailem S.K., Almatroudi A., Alsahli M.A. et al. Novel Strategies for Disrupting Cancer-Cell Functions with Mitochondria-Targeted Antitumor Drug-Loaded Nanoformulations // Int. J. Nanomedicine. 2021. V. 16. P. 3907–3936. DOI: 10.2147/IJN.S303832
41. Hsu C.C., Tseng L.M., Lee H.C. Role of mitochondrial dysfunction in cancer progression // Exp. Biol. Med. (Maywood, N.J.). 2016. V. 241. № 12. P. 1281–1295. DOI: 10.1177/1535370216641787
42. Grasso D., Zampieri L.X., Capelôa T. et al. Mitochondria in cancer // Cell Stress. 2020. V. 4. № 6. P. 114–146. DOI: 10.15698/cst2020.06.221
43. Seyfried T.N. Cancer as a mitochondrial metabolic disease // Front. Cell Dev. Biol. 2015. V. 3. P. 43. DOI: 10.3389/fcell.2015.00043
44. Trotta A.P., Chipuk J.E. Mitochondrial dynamics as regulators of cancer biology // Cell. Mol. Life Sci. 2017. V. 74. № 11. P. 1999–2017. DOI: 10.1007/s00018-016-2451-3
45. Деев Р.В., Билялов А.И., Жампеисов Т.М. Современные представления о клеточной гибели // Гены и клетки. 2018. Т. 13. № 1. С. 6–19. DOI: 10.23868/201805001
46. Boroughs L.K., DeBerardinis R.J. Metabolic pathways promoting cancer cell survival and growth // Nat. Cell. Biol. 2015. V. 17. № 4. P. 351–359. DOI: 10.1038/ncb3124
47. Подлесная П.А., Ковалёва О.В., Малашенко О.С. и др. Опухолеспецифичные и опухолеассоциированные антигены как мишени для иммунотерапии // Технологии живых систем. 2024. Т. 21. № 3. С. 53–66. DOI: 10.18127/j20700997-202403-06
48. Zong W.Z., Rabinowitz J.D., White E. Mitochondria and Cancer // Mol. Cell. 2016. V. 61. № 5. P. 667–676. DOI: 10.1016/j.molcel.2016.02.011
49. Valdés-Aguayo J.J., Garza-Veloz I., Badillo-Almaráz J.I. et al. Mitochondria and Mitochondrial DNA: Key Elements in the Pathogenesis and Exacerbation of the Inflammatory State Caused by COVID-19 // Medicina. 2021. V. 57. № 9. P. 928. DOI: 10.3390/medicina57090928