Митохондрии представляют собой органеллы, участвующие в различных важных процессах в клетке. Помимо своей основной функции по выработке АТФ, митохондрии играют ключевую роль в регуляции передачи сигналов кальция, генерации активных форм кислорода и гибели клеток. Хотя все эти процессы подробно описаны, их взаимодействие при внутриклеточном распространении сигнала остается неясным. При этом для ряда заболеваний показана связь с перегрузкой митохондрий Ca2+, что в сочетании с другими триггерами приводит к открытию митохондриальной поры (mPTP) и впоследствии запускает запрограммированную гибель клеток.

Взаимодействие АФК и митохондриального поглощения кальция исследовали в клетках первичной совместной культуры нейронов и астроцитов с помощью зондов MitoTracker Red CM-H2XRos (индикатор продукции АФК в митохондриальном матриксе), Fluo-4AM (флуоресцентный индикатор кальция в цитозоле) и X-Rhod-1, AM (флуоресцентный индикатор кальция в митохондриях).

Было обнаружено, что добавление АТФ или L-глутамата, запускающих передачу сигналов кальция в астроцитах и нейронах и инициирующих поглощение кальция митохондриями, приводит к стимулированию повышения уровня митохондриальных АФК в нейронах (p = 0,035) и астроцитах (p < 0,01). Ионофор Са2+ иономицин также активирует образование АФК в митохондриях. Са2+-индуцированное увеличение продукции АФК зависело от присутствия разобщителя FCCP (p ˂ 0,05 от базового уровня в нейронах), а также ингибитора митохондриального комплекса I ротенона (p ˂ 0,05 от базового уровня в астроцитах). Когда комплекс I ингибировался ротеноном, наблюдаемая продукция АФК значительно увеличивалась (р ˂ 0,001) в условиях увеличения внутриклеточного Ca2+, индуцированного иономицином. Возможно, увеличение АФК под влиянием иономицина может быть связано с активностью комплекса II дыхательной цепи электронов и реверсным транспортом электронов с комплекса II на комплекс I.

Таким образом, поглощение кальция митохондриями нейронов и астроцитов в ответ на физиологически значимые стимулы приводит к генерации митохондриальных АФК, что может играть важную роль в развитии физиологии и заболеваний.

Mitochondria are organelles involved in various important processes in the cell. In addition to their primary function of generating ATP, mitochondria play a key role in the regulation of calcium signaling, generation of reactive oxygen species, and cell death. Although all these processes have been described in detail, their interaction during intracellular signal propagation remains unclear. At the same time, a number of diseases have been shown to be associated with mitochondrial Ca2+ overload, which, in combination with other triggers, leads to the opening of the mitochondrial pore (mPTP) and subsequently triggers programmed cell death. The interaction of ROS and mitochondrial calcium uptake was studied in cells of a primary co-culture of neurons and astrocytes using MitoTracker Red CM-H2XRos probes (indicator of ROS production in the mitochondrial matrix), Fluo-4AM (fluorescent indicator of calcium in the cytosol) and X-Rhod-1, AM (fluorescent indicator of calcium in mitochondria).

It was found that the addition of ATP or L-glutamate, which triggers calcium signaling in astrocytes and neurons and initiates calcium uptake by mitochondria, leads to stimulation of an increase in the level of mitochondrial ROS in neurons (p = 0.035) and astrocytes (p < 0.01). The Ca2+ ionophore ionomycin also activates the formation of ROS in mitochondria. The Ca2+-induced increase in ROS production depended on the presence of the FCCP uncoupler (p ˂ 0.05 of the baseline level in neurons) and the mitochondrial complex I inhibitor rotenone (p ˂ 0.05 of the baseline level in astrocytes). When complex I was inhibited by rotenone, the observed ROS production increased significantly (p ˂ 0.001) under conditions of increased intracellular Ca2+ induced by ionomycin. It is possible that the increase in ROS under the influence of ionomycin may be associated with the activity of complex II of the electron respiratory chain and the reverse transport of electrons from complex II to complex I.

Thus, the absorption of calcium by mitochondria of neurons and astrocytes in response to physiologically significant stimuli leads to the generation of mitochondrial ROS, which can play an important role in the development of physiology and diseases.