МИТОХОНДРИАЛЬНАЯ ДИСФУНКЦИЯ КАК ОДНА ИЗ ВОЗМОЖНЫХ ПРИЧИН НАРУШЕНИЯ ФОЛЛИКУЛО- И СТЕРОИДОГЕНЕЗА ПРИ ПРЕЖДЕВРЕМЕННОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ ЯИЧНИКОВ

Митохондрии играют ведущую роль в реализации программы старения организма, одним из ранних проявлений которого является выключение репродуктивной функции у женщин (менопауза). В представленном обзоре обсуждены современные данные об основных функциях митохондрий и их возможной роли в развитии преждевременной недостаточности яичников и ассоциированных с ней патологических состояний, характерных для старческого организма. Наряду с выполнением функции преобразования свободной энергии посредством окисления субстратов дыхания данные органеллы контролируют выживание и гибель как соматических, так и половых клеток за счет поддержания оптимального клеточного уровня активных форм кислорода. С одной стороны, окислительный стресс приводит к селективной гибели специализированных клеток, снижению функциональности органов и тканей, определяет развитие заболеваний сердечно-сосудистой, костной, нервной систем. Основной причиной окислительного стресса является митохондриальная дисфункция, индуцированная нарушением баланса между продукцией активных форм кислорода и их утилизацией системой антиоксидантного контроля. С другой стороны, митохондрии, являясь центральным звеном внутриклеточной передачи сигнала, поддерживают функциональное состояние и клеточный состав тканей, органов и систем организма, контролируя пролиферацию, дифференцировку и апоптоз клеток. Наконец, митохондрии во многом определяют уровень иммунного ответа организма при инфекции или опухолевой трансформации и контролируют уровень половых гормонов, участвуя в стероидогенезе. Известно, что для женщин с преждевременной недостаточностью яичников характерен повышенный уровень повреждений в митохондриальной ДНК, снижение числа ее копий и повышение уровня продукции активных форм кислорода в клетках тканей яичника. Состояние хронического окислительного стресса не только приводит к нарушениям оогенеза и снижению вероятности созревания яйцеклетки, но и способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний, остеопороза и других отдаленных последствий эстрогенного дефицита при данной патологии.

Преждевременная недостаточность яичников, митохондрия, митохондриальная дисфункция, окислительный стресс, апоптоз, TSPO, p66shc

1. Вейсман А. Лекции по эволюционной теории, читанные в Университете во Фрейбурге (в Брейсгау) проф. Августом Вейсманом. Петроград. 1918.

2. Галимов Е.Р. Роль p66shc в окислительном стрессе и апоптозе. Acta Naturae (русскоязычная версия). 2010; 2 (4): 49-57.

3. Румянцева С.А., Ступин В.А., Афанасьев В.В., Баглаенко М.В., Сабиров М.А., Смирнова Г.О. Критические состояния в клинической практике. М. 2011; 752.

4. Скулачёв В.П. Феноптоз: запрограммированная смерть организма. Биохимия. 1999; 64 (12): 1418-1426.

5. Скулачев В.П., Богачев А.В., Каспаринский Ф.О. Мембранная биоэнергетика: учебное пособие. М. 2010; 368.

6. Тагиева Г.В. Роль аутоиммунного процесса в генезе преждевременного выключения функции яичников. Дис. …канд. мед. наук. М. 2005; 178 с.

7. Berniakovich I., Trinei M., Stendardo M., Migliaccio E., Minucci S., Bernardi P., Pelicci P.G., Giorgio M. p66Shc-generated oxidative signal promotes fat accumulation. J. Biol. Chem. 2008; 283 (49): 34283-34293.

8. Boland N.I., Humpherson P.G., Leese H.J., Gosden R.G. Pattern of lactate production and steroidogenesis during growth and maturation of mouse ovarian follicles in vitro. Biol Reprod. 1993; 48: 798-806.

9. Bonomi M., Somigliana E., Cacciatore C., Busnelli M., Rossetti R. et al. Blood Cell Mitochondrial DNA Content and Premature Ovarian Aging. PLoS ONE. 2012; 7 (8): 42423.

10. Bormann J., Ferrero P., Guidotti A., Costa E. Neuropeptide modulation of GABA receptor C1-channels. Regulatory Peptides. 1985; 4: 33-38.

11. Camici G.G., Schiavoni M., Francia P., Bachschmid M., Martin-Padura I., Hersberger M., Tanner F.C., Pelicci P., Volpe M., Anversa P., Lüscher T.F., Cosentino F. Genetic deletion of p66(Shc) adaptor protein prevents hyperglycemia-induced endothelial dysfunction and oxidative stress. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007; 104: 5217-5222.

12. Chelli B., Lena A., Vanacore R. et al. Peripheral benzodiazepine receptor ligands: mitochondrial transmembrane potential depolarization and apoptosis induction in rat C6 glioma cells. Biochem. Pharmacol. 2004; 68: 125-134.

13. Cutler R.G., Rodriguez H. Critical reviews of oxidative stress and aging: advances in basic science, diagnostics and intervention. World Scientific. 2003; 1523.

14. Dimmer K., Scorrano S.L. (De)constructing mitochondria: what for? Physiology. 2006; 21: 233-241.

15. Dolder M., Wendt S., Wallimann T. Mitochondrial creatine kinase in contact sites: interaction with porin and adenine nucleotide translocase, role in permeability transition and sensitivity to oxidative damage. Biol. Signals Recept. 2001; 10: 93-111.

16. Dumollard R., Duchen M., Carroll J. The role of mitochondrial function in the oocyte and embryo. Curr Top Dev Biol. 2007; 77: 21-49.

17. Evans M.D., Cooke M.S. Oxidative damage to nucleic acids. New York: Springer Science & Business. LLS 2007; 228.

18. Fagiani E., Giardina G., Luzi L., Cesaroni M., Quarto M., Capra M., Germano G., Bono M., Capillo M., Pelicci P., Lanfrancone L. RaLP, a new member of the Src homology and collagen family, regulates cell migration and tumor growth of metastatic melanomas. Cancer Res. 2007; 67 (7): 3064-3073.

19. Ferzaz B., Brault E., Bourliaud G. et al. SSR180575 (7-chloro-N,N,5-trimethyl-4-oxo-3-phenyl-3,5-dihydro-4H-pyridazino[4,5-b] indole-1-acetamide), a peripheral benzodiazepine receptor ligand, promotes neuronal survival and repair. J. Pharmacol. Experim. Therapeuts. 2002; 301: 1067-1078.

20. File S.E., Pellow S. Ro5-4864, a ligand for benzodiazepine micromolar and peripheral binding sites: antagonism and enhancement of behavioural effects. Psychopharmacol. 1983; 80: 166-170

21. Friedman J.R., Nunnar J. Mitochondrial form and function. Nature. 2014; 505: 335-43.

22. Fu X.D., Simoncini T. Extra-nuclear signaling of estrogen receptors. IUBMB Life. 2008; 60: 502-510.

23. Galiègue S., Casellas P., Kramar A. et al. Immunohistochemical assessment of the peripheral benzodiazepine receptor in breast cancer and its relationship with survival. Clin. Cancer Res. 2004; 10: 2058-2064.

24. Gavish M., Bachman I., Shoukrun R. et al. Enigma of the peripheral benzodiazepine receptor. Pharmacol. Rev. 1999; 51: 629-650.

25. Giorgio M., Migliaccio E., Orsini F., Paolucci D., Moroni M., Contursi C., Pelliccia G., Luzi L., Minucci S., Marcaccio M., Pinton P., Rizzuto R., Bernardi P., Paolucci F., Pelicci P.G. Electron transfer between cytochrome c and p66Shc generates reactive oxygen species that trigger mitochondrial apoptosis. Cell. 2005; 122: 221-233.

26. Guevara R., Gianotti M., Oliver J., Roca P. Age and sex-related changes in rat brain mitochondrial oxidative status. Exp. Gerontol. 2011; 46: 923-928.

27. Halliwell B., Gutteridge J.М.С. Free Radicals in Biology and Medicine. 4th ed. Oxford: Oxford University Press. 2007; 851.

28. Harris S.E., Leese H.J., Gosden R.G., Picton H.M. Pyruvate and oxygen consumption throughout the growth and development of murine oocytes. Mol Reprod Dev. 2009; 76: 231-238.

29. Harman D. Aging: A theory based on free radicals and radiation chemistry. J. Gerontol. 1956; 11: 298-300.

30. Hicsonmez G. The effect of steroid on myeloid leukemic cells: the potential of short-course highdose methylprednisolone treatment in inducing differentiation, apoptosis and in stimulating myelopoiesis. Leuk. Res. 2006; 30: 60-68.

31. Jansen R.P., de Boer K. The bottleneck: mitochondrial imperatives in oogenesis and ovarian follicular fate. Mol Cell Endocrinol. 1998; 145: 81-88.

32. Kancheva V.D., Kasaikina O.T. Bio-antioxidants – a chemical base of their antioxidant activity and beneficial effect on human health. Curr Med Chem. 2013; 20 (37): 4784-805.

33. Keanely J.F. Obesity and systemic oxidative stress: clinical correlates of oxidative stress in the Framingham study. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2003; 23: 434-9.

34. Kolesnikova L.I., Darenskaya M.A., Grebenkina L.A., et al. Activity of lipid peroxidation in infertile women from different populations. Bull Exp Bio Med. 2012; 154 (2): 203-5.

35. Kumar M., D. Pathak, S. Venkatesh, A. Kriplani, A.C. Ammini, Rima Dada. Chromosomal abnormalities & oxidative stress in women with premature ovarian failure (POF). Indian J Med Res. 2012 Jan; 135 (1): 92-97.

36. Kwang-Yul Cha, Sook-Hwan Lee, Hyung-Min Chung, Kwang-Hyun Baek, Sung-Won Cho, Kyu-Bum Kwack. RETRACTED: Quantification of mitochondrial DNA using real-time polymerase chain reaction in patients with premature ovarian failure. Fertility and Sterility. 2005; 84 (6): 1712-1718.

37. Lebiedzinska M., Karkucinska-Wieckowska A., Giorgi C., Karczmarewicz E., Pronicka E., Pinton P., Duszynski J., Pronicki M., Wieckowski M.R. Biochim. Biophys. Acta. 2010; 1797 (6-7): 952-960.

38. Leneveu-Jenvrin C, Connil N, Bouffartigues E, Papadopoulos V, Feuilloley M.G.J., Chevalier S. Structure-to-function relationships of bacterial translocator protein (TSPO): a focus on Pseudomonas. Front. Microbiol. 2014; 5: 631.

39. Li W., Hardwick M.J., Rosenthal D. et al. Peripheral-type benzodiazepine receptor overexpression and knockdown in human breast cancer cells indicate its prominent role in tumor cell proliferation. Biochem. Pharmacol. 2007; 73: 491-503.

40. Liu H., Pedram A., Kim J.K. Oestrogen prevents cardiomyocyte apoptosis by suppressing p38α-mediated activation of p53 and by down-regulating p53 inhibition on p38β. Cardiovasc. Res. 2011; 1: 119-128.

41. Lizcano F., Guzman G. Estrogen deficiency and the origin of obesity during menopause. Biomed Res Int. 2014; ID 757461.

42. Longo V.D., Mitteldorf J., Skulachev V.P. Programmed and altruistic ageing. Nature Review Genetics. 2005; 3: 866-872.

43. Luoma P., Melberg A., Rinne J.O., Kaukonen J.A., Nupponen N.N. et al. Parkinsonism, premature menopause, and mitochondrial DNA polymerase gamma mutations: clinical and molecular genetic study. Lancet. 2004; 364: 875-882.

44. Luzi L., Confalonieri S., Di Fiore P.P., Pelicci P.G. Evolution of Shc functions from nematode to human. Curr. Opin. Genet. Dev. 2000; 10 (6): 668-674.

45. Maaser K., Grabowski P., Sutter A.P. et al. Overexpression of the peripheral benzodiazepine receptor is a relevant prognostic factor in stage III colorectal cancer. Clin. Cancer Res. 2002; 8: 3205-3209.

46. Maclaran K., Panay N. Current concepts in premature ovarian insufficiency. Womens Health (Lond Engl). 2015 Mar; 11 (2): 169-82.

47. Mastorakos G., Pavlatou M., Diamanti-Kandarakis E., Chrousos G.P. Exercise and the stress system. Hormones (Athens). 2005; 4: 73-89.

48. May-Panloup P., Chretien M.F., Jacques C., Vasseur C., Malthiery Y. et al. Low oocyte mitochondrial DNA content in ovarian insufficiency. Hum Reprod. 2005; 20: 593-597.

49. May-Panloup P., Chretien M.F., Malthiery Y., Reynier P. Mitochondrial DNA in the oocyte and the developing embryo. Curr Top Dev Biol. 2007; 77: 51-83.

50. Migliaccio E., Giorgio M., Mele S., Pelicci G., Reboldi P., Pandolfi P.P., Lanfrancone L., Pelicci P.G. The p66shc adaptor protein controls oxidative stress response and life span in mammals. Nature. 1999; 402: 309-313.

51. Miller L., Hunt J.S. Sex steroid hormones and macrophage function. Life Sci. 1996; 59: 1-14.

52. Miquel J., Ramirez-Bosca A., Ramirez-Bosca J.V., Alperi J.D. Menopause: a review on the role of oxygen stress and favorable effects of dietary antioxidants. Arch Geron Geriat. 2006; 42: 289-306.

53. Morohaku K., Phuong N.S., Selvaraj V. Developmental Expression of Translocator Protein/Peripheral Benzodiazepine Receptor in Reproductive Tissues. PLoS ONE. 2013; 8 (9): e74509.

54. Napoli C., Martin-Padura I., de Nigris F., Giorgio M., Mansueto G., Somma P., Condorelli M., Sica G., De Rosa G., Pelicci P. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003; 100 (4): 2112-2116.

55. Nemoto S., Finkel T. Redox regulation of forkhead proteins through a p66shc-dependent signaling pathway. Science. 2002; 295 (5564): 2450-2452.

56. Niizuma K., Endo H., Chan P. Oxidative stress and mitochondrial dysfunction as determinants of ischemic neuronal death and survival. J Neurochem. 2009; 109: 133-138.

57. Ogunro P.S., Bolarinde A.A., Owa O.O., Salawu A.A., Oshodi A.A. Antioxidant status and reproductive hormones in women during reproductive, perimenopausal and postmenopausal phase of life. Afr J Med Sci. 2014; 43 (1): 49-57.

58. Orsini F., Migliaccio E., Moroni M., Contursi C., Raker V.A., Piccini D., Martin-Padura I., Pelliccia G., Trinei M., Bono M., Puri C., Tacchetti C., Ferrini M., Mannucci R., Nicoletti I., Lanfrancone L., Giorgio M., Pelicci P.G. J. Biol. Chem. 2004; 279 (24): 25689-25695.

59. Pagnamenta A.T., Taanman J.W., Wilson C.J., Anderson N.E., Marotta R., et al. Dominant inheritance of premature ovarian failure associated with mutant mitochondrial DNA polymerase gamma. Hum Reprod. 2006; 21: 2467-2473.

60. Papadopoulos V. In search of the function of the peripheral-type benzodiazepine receptor. Endocr. Res. 2004; 30: 677-684.

61. Papadopoulos V., Baraldi M., Guilarte T.R. et al. Translocator protein (18kDa): new nomenclature for the peripheraltype benzodiazepine receptor based on its structure and molecular function. Trends Pharmacol. Sci. 2006; 27: 402-409.

62. Papadopoulos V., Boujrad N., Ikonomovic M.D. et al. Topography of the Leydig cell mitochondrial peripheraltype benzodiazepine receptor. Mol. Cell Endocrinol. 1994; 104: 5-9.

63. Qin Y., Jiao X., Simpson J.L., Chen Z.J. Genetics of primary ovarian insufficiency: new developments and opportunities. Hum Reprod Update. 2015 Nov; 21 (6): 787-808.

64. Ramalho-Santos J., Varum S., Amaral S., Mota P.C., Sousa A.P., Amaral A. Mitochondrial functionality in reproduction: from gonads and gametes to embryos and embryonic stem cells. Hum. Reprod. Update. 2009; 15: 553-72.

65. Simpson E.R., Waterman M.R. Regulation by ACTH of steroid hormone biosynthesis in the adrenal cortex. Can. J. Biochem. Cell Biol. 1983; 61: 692-707.

66. Shoubridge E.A., Wai T. Mitochondrial DNA and the mammalian oocyte. Curr Top Dev Biol. 2007; 77: 87-111.

67. Smith W.W., Norton D.D., Gorospe M., Jiang H., Nemoto S., Holbrook N.J., Finkel T., Kusiak J.W. Phosphorylation of p66Shc and forkhead proteins mediates Abeta toxicity. J. Cell Biol. 2005; 169 (2): 331-339.

68. Stirone, C., Duckles S.P., Krause D.N., Procaccio V. Estrogen increases mitochondrial efficiency and reduces oxidative stress in cerebral blood vessels. Mol. Pharmacol. 2005; (68): 959-965.

69. Tatone C., Carbone M.C., Falone S., Aimola P., Giardinelli A. et al. Agedependent changes in the expression of superoxide dismutases and catalase are associated with ultrastructural modifications in human granulosa cells. Mol Hum Reprod. 2006; 12: 655-660.

70. van Blerkom J., Davis P.W., Lee J. ATP content of human oocytes and developmental potential and outcome after in-vitro fertilization and embryo transfer. Hum Reprod. 1995; 10: 415-424.

71. Veenman L., Gavish M. The peripheral-type benzodiazepine receptor and the cardiovascular system. Implications for drug development. Pharmacol. Ther. 2006; 110: 503-524.

72. Veenman L., Leschiner S., Spanier I. et al. PK11195 attenuates kainic acid-induced seizures and alterations in peripheral-type benzodiazepine receptor (PBR) components in the rat brain. J. Neurochem. 2002; 80: 917-927.

73. Veenman L., Papadopoulos V., Gavish M. Channel-Like Functions of the 18-kDa Translocator Protein (TSPO): Regulation of Apoptosis and Steroidogenesis as Part of the Host-Defense Response. Curr. Pharm. Des. 2007; 13: 2385-2405.

74. Venkatesh S., Kumar M., Sharma A., Kriplani A., Ammin A. C., Talwar P., Agarwal A., Rima Dada. Oxidative stress and ATPase6 mutation is associated with primary ovarian insufficiency. Arch Gynecol Obstet. 2010; 282: 313-318.

75. Viña J., Sastre J., Pallardó F.V., Gambini J., Borrás C. Role of mitochondrial oxidative stress to explain the different longevity between genders: protective effect of estrogens. Free Radic. 2006 Dec; 40: 1359-1365.

76. Vyssokikh M.Y., Brdiczka D. The function of complexes between the outer mitochondrial membrane pore (VDAC) and the adenine nucleotide translocase in regulation of energy metabolism andapoptosis. Acta. Biochim. Pol. 2003; 50: 389-404.

77. Wai T., Ao A., Zhang X., Cyr D., Dufort D. et al. The role of mitochondrial DNA copy number in mammalian fertility. Biol Reprod. 2010; 83: 52-62.

78. West L.A., Horvat R.D., Roess D.A. et al. Steroidogenic acute regulatory protein and peripheral-type benzodiazepine receptor associate at the mitochondrial membrane. Endocrinology. 2001; 142: 502-505.

79. Wycherley G., Kane M.T., Hynes A.C. Oxidative phosphorylation and the tricarboxylic acid cycle are essential for normal development of mouse ovarian follicles. Hum Reprod. 2005; 20: 2757-2763.