БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 5, с. 743–748

Дискуссии

УДК 577.23

Трансплантация митохондрий: критический анализ

© 2020 Б.В. Черняк

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, 119234 Москва, Россия; электронная почта: bchernyak1@gmail.com

Поступила в редакцию 01.04.2020
После доработки 01.04.2020
Принята к публикации 03.04.2020

DOI: 10.31857/S0320972520050139

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: изолированные митохондрии, перенос в кардиомиоциты, ишемия, реперфузия, критический обзор.

Аннотация

«Митохондриальной трансплантацией» называют процедуру введения изолированных митохондрий в поврежденную область сердца или иного органа. Накоплено значительное количество данных о терапевтическом действии «митохондриальной трансплантации» при ишемическом поражении сердца у животных. В 2017 г. проведены первые попытки применения этой процедуры в клинике. Авторы метода предполагают, что экзогенные митохондрии проникают в кардиомиоциты, сохраняя функциональную активность, и компенсируют нарушения энергетических функций эндогенных митохондрий. Эта гипотеза противоречит известному факту потери митохондриальных функций в присутствии высоких концентраций ионов Ca2+, которые характерны для внеклеточной среды. В обзоре критически рассмотрены возможные механизмы терапевтического действия «митохондриальной трансплантации».

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 17-00-00088).

Благодарности

Автор благодарен Р.А. Зиновкину (НИИФХБ им. А.Н. Белозерского, МГУ) за полезное обсуждение работы.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания выполненных автором исследований с участием людей или использованием животных в качестве объектов.

Список литературы

1. McCully, J. D., Cowan, D. B., Pacak, C. A., Toumpoulis, I. K., Dayalan, H., and Levitsky, S. (2009) Injection of isolated mitochondria during early reperfusion for cardioprotection, Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol., 296, H94-H105.

2. Masuzawa, A., Black, K. M., Pacak, C. A., Ericsson, M., Barnett, R. J., Drumm, C., Seth, P., Bloch, D. B., Levitsky, S., Cowan, D. B., and McCully, J. D. (2013) Transplantation of autologously derived mitochondria protects the heart from ischemia-reperfusion injury, Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol., 304, H966-H982.

3. Kitani, T., Kami, D., Matoba, S., and Gojo, S. (2014) Internalization of isolated functional mitochondria: involvementof micropinocytosis, J. Cell. Mol. Med., 18, 1694-1703.

4. Ali Pour, P., Kenney, M. C., and Kheradvar, A. (2020) Bioenergetics consequences of mitochondrial transplantation in cardiomyocytes, J. Am. Heart Assoc., 9, e014501.

5. Kaza, A. K., Wamala, I., Friehs, I., Kuebler, J. D., Rathod, R. H., Berra, I., Ericsson, M., Yao, R., Thedsanamoorthy, J. K., Zurakowski, D., Levitsky, S., Del Nido, P. J., Cowan, D. B., and McCully, J. D. (2017) Myocardial rescue with autologous mitochondrial transplantation in a porcine model of ischemia/reperfusion, J.Thorac. Cardiovasc. Surg., 153, 934-943.

6. Cowan, D. B., Yao, R., Akurathi, V., Snay, E. R., Thedsanamoorthy, J. K., Zurakowski, D., Ericsson, M., Friehs, I., Wu, Y., Levitsky, S., Del Nido, P. J., Packard, A. B., and McCully, J. D. (2016) Intracoronary delivery of mitochondria to the ischemic heart for cardioprotection, PLoS One, 11, e0160889.

7. Emani, S. M., Piekarski, B. L., Harrild, D., Del Nido, P. J., and McCully, J. D. (2017) Autologous mitochondrial transplantation for dysfunction after ischemia-reperfusion injury, J. Thorac. Cardiovasc. Surg., 154, 286-289.

8. Nasr, V. G., Faraoni, D., DiNardo, J. A., and Thiagarajan, R. R. (2016) Association of hospital structure and complications with mortality after pediatric extracorporeal membrane oxygenation, Pediatr. Crit. Care Med., 17, 684-691.

9. Hammel, J. M. (2017) Mitochondrial autotransplantation: a “shot” in the dark? J. Thorac. Cardiovasc. Surg., 154, 290.

10. Kolata, G. (2018) Dying organs restored to life in novel experiments, The New York Times, URL: https://www. nytimes.com/2018/07/10/health/mitochondria-transplant-heart-attack.html.

11. URL: https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02851758.

12. Guariento, A., Blitzer, D., Doulamis, I., Shin, B., Moskowitzova, K., Orfany, A., Ramirez-Barbieri, G., Staffa, S. J., Zurakowski, D., Del Nido, P. J., and McCully, J. D. (2019) Preischemic autologous mitochondrial transplantation by intracoronary injection for myocardial protection, J. Thorac. Cardiovasc. Surg., doi: 10.1016/j.jtcvs.2019.06.111, (in press).

13. Blitzer, D., Guariento, A., Doulamis, I. P., Shin, B., Moskowitzova, K., Barbieri, G. R., Orfany, A., Del Nido, P. J., and McCully, J. D. (2020) Delayed transplantation of autologous mitochondria for cardioprotection in a porcine model, Ann. Thorac. Surg., 109, 711-719.

14. Orfany, A., Arriola, C. G., Doulamis, I. P., Guariento, A., Ramirez-Barbieri, G., Moskowitzova, K., Shin, B., Blitzer, D., Rogers, C., Del Nido, P. J., and McCully, J. D. (2020) Mitochondrial transplantation ameliorates acute limb ischemia, J. Vasc. Surg., 71, 1014-1026.

15. Moskowitzova, K., Orfany, A., Liu, K., Ramirez-Barbieri, G., Thedsanamoorthy, J. K., Yao, R., Guariento, A., Doulamis, I. P., Blitzer, D., Shin, B., Snay, E. R., Inkster, J. A. H., Iken, K., Packard, A. B., Cowan, D. B., Visner, G. A., Del Nido, P. J., and McCully, J. D. (2020) Mitochondrial transplantation enhances murine lung viability and recovery after ischemia-reperfusion injury, Am. J. Physiol. Lung. Cell Mol. Physiol., 318, L78-L88, doi: 10.1152/ajplung.00221.2019.

16. Zhou, J., Zhang, J., Lu, Y., Huang, S., Xiao, R., Zeng, X., Zhang, X., Li, J., Wang, T., Li, T., Zhu, L., and Hu, Q. (2016) Mitochondrial transplantation attenuates hypoxic pulmonary vasoconstriction, Oncotarget, 7, 31284-31298, doi: 10.18632/oncotarget.8893.

17. Zhu, L., Zhang, J., Zhou, J., Lu, Y., Huang, S., Xiao, R., Yu, X., Zeng, X., Liu, B., Liu, F., Sun, M., Dai, M., Hao, Q., Li, J., Wang, T., Li, T., and Hu, Q. (2016) Mitochondrial transplantation attenuates hypoxic pulmonary hypertension, Oncotarget, 7, 48925-48940.

18. Nakamura, Y., Park, J. H., and Hayakawa, K. (2020) Therapeutic use of extracellular mitochondria in CNS injury and disease, Exp. Neurol., 324, 113114.

19. Chang, J. C., Wu, S. L., Liu, K. H., Chen, Y. H., Chuang, C. S., Cheng, F. C., Su, H. L., Wei, Y. H., Kuo, S. J., and Liu, C. S. (2016) Allogeneic/xenogeneic transplantation of peptide-labeled mitochondria in Parkinson’s disease: restoration of mitochondria functions and attenuation of 6- hydroxydopamine–induced neurotoxicity, Transl. Res., 170, 40-56.

20. Wang, Y., Ni, J., Gao, C., Xie, L., Zhai, L., Cui, G., and Yin, X. (2019) Mitochondrial transplantation attenuates lipopolysaccharide-induced depression-like behaviors, Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry., 93, 240-249.

21. Robicsek, O., Ene, H. M., Karry, R., Ytzhaki, O., Asor, E., McPhie, D., Cohen, B. M., Ben-Yehuda, R., Weiner, I., and Ben-Shachar, D. (2018) Isolated mitochondria transfer improves neuronal differentiation of schizophrenia-derived induced pluripotent stem cells and rescues deficits in a rat model of the disorder, Schizophr. Bull., 44, 432-442.

22. Bertero, E., Maack, C., and O’Rourke, B. (2018) Mitochondrial transplantation in humans: “magical” cure or cause for concern? J. Clin. Invest., 128, 5191-5194.

23. Bernardi, P., Rasola, A., Forte, M., and Lippe, G. (2015) The mitochondrial permeability transition pore: channel formation by F-ATP synthase, integration in signal transduction, and role in pathophysiology, Physiol. Rev., 95, 1111-155.

24. Bertero, E., O’Rourke, B., and Maack, C. (2020) Mitochondria do not survive calcium overload during transplantation, Circ. Res., 126, 784-786.

25. Pacak, C. A., Preble, J. M., Kondo, H., Seibel, P., Levitsky, S., Del Nido, P. J., Cowan, D. B., and McCully, J. D. (2015) Actin-dependent mitochondrial internalization in cardiomyocytes: evidence for rescue of mitochondrial function, Biol. Open, 4, 622-666.

26. Sun, C., Liu, X., Wang, B., Wang, Z., Liu, Y., Di, C., Si, J., Li, H., Wu, Q., Xu, D., Li, J., Li, G., Wang, Y., Wang, F., and Zhang, H. (2019) Endocytosis-mediated mitochon-drial transplantation: transferring normal human astrocytic mitochondria into glioma cells rescues aerobic respiration and enhances radiosensitivity, Theranostics, 9, 3595-3607.

27. Terrovitis, J., Stuber, M., Youssef, A., Preece, S., Leppo, M., Kizana, E., Schär, M., Gerstenblith, G., Weiss, R. G., Marbán, E., and Abraham, M. R. (2008) Magnetic resonance imaging overestimates ferumoxide-labeled stem cell survival after transplantation in the heart, Circulation, 117, 1555-1562.

28. Clark, M. A., and Shay, J. W. (1982) Mitochondrial transformation of mammalian cells, Nature 295, 605–607.

29. Chang, J. C., Hoel, F., Liu, K. H., Wei, Y. H., Cheng, F. C., Kuo, S. J., Tronstad, K. J., and Liu, C. S. (2017) Peptide-mediated delivery of donor mitochondria improvesmitochondrial function and cell viability in human cybrid cellswith the MELAS A3243G mutation, Sci. Rep., 7, 10710.

30. Kesner, E. E., Saada-Reich, A., and Lorberboum-Galski, H. (2016) Characteristics of mitochondrial transformtion into human cells, Sci. Rep., 6, 26057.

31. Ramirez-Barbieri, G., Moskowitzova, K., Shin, B., Blitzer, D., Orfany, A., Guariento, A., Iken, K., Friehs, I., Zurakowski, D., Del Nido, P. J., and McCully, J. D. (2019) Alloreactivity and allorecognition of syngeneic and allogeneic mitochondria, Mitochondrion, 46, 103-115.

32. Golpanian, S., Wolf, A., Hatzistergos, K. E., and Hare, J. M. (2016) Rebuilding the damaged heart: mesenchymal stem cells, cell-based therapy, and engineered heart tissue, Physiol. Rev., 96, 1127-1168.

33. Liu, Z., Mikrani, R., Zubair, H. M., Taleb, A., Naveed, M., Baig, M. M. F. A., Zhang, Q., Li, C., Habib, M., Cui, X., Sembatya, K. R., Lei, H., and Zhou, X. (2020) Systemic and local delivery of mesenchymal stem cells for heart renovation: challenges and innovations, Eur. J. Pharmacol., 876, 173049.