Solun voimalaitosten, eli mitokondrioiden toiminnan heikkeneminen on yksi tunnetuimmista vanhenemiseen liittyvistä ilmiöistä. Koska mitokondriot peritään äidiltä, vaikuttaa äidin elinikä isän elinikää enemmän lapsen pitkäikäisyyteen. Viime vuosina mitokondriot ovat kuitenkin yllättäneet tutkijoita ominaisuuksillaan ja niiden kokonaisvaltainen merkitys vanhenemiseen ja elinikään on vasta selviämässä.

Mitokondriot kuvataan usein solujen voimalaitoksia, sillä ne tuottavat suurimman osan solun käyttämästä energiasta. Ne eroavat muista solun sisäisistä asukkaista erityisesti siinä, että niillä on omaa DNA:ta. Tämän erikoislaatuisen ”lisäperimän” eli mtDNA:n roolia vanhenemisessa on perusteltu monin tavoin. Ensimmäiset havainnot liittyivät juuri mitokondrioiden periytymistapaan – äidin eliniän huomattiin vaikuttavan lapsen elinikään isää enemmän. Seuraavaksi havaittiin, että mitokondriaalisen DNA:n tietyt ryhmät ovat yleisiä pitkäikäisillä ihmisillä. Miksi mitokondrioilla sitten on oma perimä ja miten se mahdollisesti vaikuttaa elinikään?

Mitokondrioiden DNA on altis mutaatioille

Mitä vanhemmaksi elämme, sitä enemmän soluissamme, mukaan lukien mitokondrioissa, tapahtuu sattumanvaraisia mutaatioita. Korkealla iällä mutaatioita on kertynyt niin paljon, että osa niistä voi aiheuttaa elimistön toiminnalle ongelmia.

Mitokondrioiden syntytarina selittää sen, miksi niiden DNA:n on havaittu olevan alttiimpaa mutaatioille kuin tuman DNA:n. Koska mitokondrioiden ajatellaan kehittyneen bakteereita, niiden DNA:n korjauskoneisto on huomattavasti alkeellisempi kuin solun tumassa oleva koneisto. Voit verrata tätä tietokoneen ohjelmistoihin – Photoshop nyt vain taipuu aavistuksen parempaan kuvankäsittelyyn kuin Paint. Heikon korjauskoneiston lisäksi mitokondrioiden DNA on varsin suojaton verrattuna tuman sisään huolellisesti pakattuihin kromosomeihin. Lisäksi se altistuu jatkuvasti oksidatiiviselle stressille, jota syntyy mitokondrioissa tapahtuvan energiantuotannon yhteydessä. DNA:n on siten vaarallista hengailla mitokondrioissa. Mitokondrioihin kertyvät mutaatiot voivat edesauttaa esimerkiksi syövän kehittymistä.

Luultavimmin juuri näiden ongelmien vuoksi mitokondriaalinen DNA on aikojen saatossa siirtynyt pikkuhiljaa tuman suojiin. Tumassa osana muuta DNA:ta mitokondriaalinen DNA on sekä paremmassa suojassa, että tuman tehokkaamman DNA:n korjauskoneiston alla. On viitteitä siitä, että DNA:ta siirtyy yhä soluelimistä tumaan, joten on mahdollista, että jonain päivänä mitokondrioiden DNA:kin on saatu säilöttyä kokonaisuudessaan parempaan turvaan.

Mitokondriot yllättävät yhä tutkijoita ominaisuuksillaan

Mitokondrioihin kiistatta kertyy mutaatioita vanhenemisen myötä. Vielä ole kuitenkaan pystytty osoittamaan, että nämä mutaatiot vaikuttaisivat suoraan elinikään. Tästä huolimatta mitokondrioiden toiminta on olennaista terveydelle. On myös havaittu, että verestä mitatun mitokondriaalisen DNA:n määrän väheneminen kertoo kehon hauraudesta ja kohonneesta kuolemanriskistä.

Vaikka ajatus mitokondrioihin liittyvästä vanhenemisen mekanismista on ollut vallalla jo vuosikymmeniä, ei tutkimus näiden voimalaitosten osalta ole suinkaan olet tullut valmiiksi. Viime vuonna tutkimusmaailmaa kohahdutti uutinen, jossa verenkierrosta oli löydetty solujen ulkopuolisia, mutta toimivia mitokondrioita. Näiden soluista karanneiden mitokondrioiden arvellaan toimivan esimerkiksi viestin viejinä kudosten välillä. Niiden merkitystä kehon toiminnalle tutkitaan parhaillaan.

Mitokondrioiden toiminnan heikkeneminen luustolihaksissa voi johtua sekä ikääntymisprosessista että liikunnan vähenemisestä. Monesti vanhenemisen ja liikkumattomuuden vaikutusta onkin hankala erottaa toisistaan. Liikunnan tiedetään kuitenkin parantavan mitokondrioiden toimintaa, vaikkei se kokonaan poistakaan vanhenemisen tuomia vaikutuksia. Liikunta paitsi tehostaa mitokondrioiden toimintaa myös tekee näistä voimalaitoksista turvallisempia, suojaten mitokondrioiden DNA:ta vaurioilta.

Lähteet:

• Parise G, Brose AN, Tarnopolsky MA. Resistance exercise training decreases oxidative damage to DNA and increases cytochrome oxidase activity in older adults. Exp Gerontol. 2005 March 01;40(3):173-80.
• Al Amir Dache Z, Otandault A, Tanos R, Pastor B, Meddeb R, Sanchez C, et al. Blood contains circulating cell-free respiratory competent mitochondria. FASEB J. 2020 March 01;34(3):3616-30.
• Smith AL, Whitehall JC, Bradshaw C, Gay D, Robertson F, Blain AP, et al. Age-associated mitochondrial DNA mutations cause metabolic remodelling that contributes to accelerated intestinal tumorigenesis. Nat Cancer. 2020 October 01;1(10):976-89.
• Henze K, Martin W. How do mitochondrial genes get into the nucleus? Trends Genet. 2001 July 01;17(7):383-7.
• Wolf AM. MtDNA mutations and aging-not a closed case after all? Signal Transduct Target Ther. 2021 February 10;6(1):56.
• Harper C, Gopalan V, Goh J. Exercise rescues mitochondrial coupling in aged skeletal muscle: a comparison of different modalities in preventing sarcopenia. J Transl Med. 2021 February 16;19(1):71-021.
• Ashar FN, Moes A, Moore AZ, Grove ML, Chaves PHM, Coresh J, et al. Association of mitochondrial DNA levels with frailty and all-cause mortality. J Mol Med (Berl). 2015 February 01;93(2):177-86.
• Samuels DC. Mitochondrial DNA repeats constrain the life span of mammals. Trends Genet. 2004 May 01;20(5):226-9.
• Vermulst M, Bielas JH, Kujoth GC, Ladiges WC, Rabinovitch PS, Prolla TA, et al. Mitochondrial point mutations do not limit the natural lifespan of mice. Nat Genet. 2007 April 01;39(4):540-3.
• Santoro A, Salvioli S, Raule N, Capri M, Sevini F, Valensin S, et al. Mitochondrial DNA involvement in human longevity. Biochim Biophys Acta. 2006 October 01;1757(9-10):1388-99.