Дослідження на моделі C. elegans показує, що баланс мРНК у клітинах впливає на тривалість життя

Чому деякі люди живуть довше за інших? Гени в нашій ДНК важливі для того, щоб допомогти нам уникнути хвороб і підтримувати загальне здоров'я, але відмінності в послідовності геному пояснюють менше 30% природних варіацій тривалості життя людини.

Дослідження впливу старіння на молекулярному рівні може пролити світло на зміни тривалості життя, але збір даних з такою швидкістю, масштабом та якістю, необхідними для вивчення цього у людей, неможливий. Тому дослідники звертаються до черв'яків (Caenorhabditis elegans). Люди мають багато біологічних подібностей з цими маленькими істотами, які також мають велику природну варіацію тривалості життя.

Дослідники з Центру геномної регуляції (CRG) спостерігали за тисячами генетично ідентичних черв'яків у контрольованому середовищі. Навіть коли раціон, температура та вплив хижаків і патогенів були однаковими для всіх черв'яків, багато з них продовжували жити довше або менше, ніж в середньому.

Дослідження простежило першопричину цієї варіації у змінах рівнів мРНК у клітинах зародкової лінії (клітинах, що беруть участь у розмноженні) та соматичних клітинах (клітинах, що формують тіло). З часом баланс мРНК між цими двома типами клітин порушується або «роз’єднується», що призводить до швидшого старіння деяких людей. Результати дослідження опубліковані в журналі Cell.

Дослідження також виявило, що ступінь і швидкість процесу розщеплення регулюються групою з щонайменше 40 різних генів. Ці гени відіграють багато різних ролей в організмі, від метаболізму до нейроендокринної системи. Але це дослідження є першим, яке показує, що всі вони взаємодіють, змушуючи одних людей жити довше, ніж інших.

Вимкнення деяких генів збільшувало тривалість життя черв'яків, а вимкнення інших скорочувало її. Ці результати натякають на дивовижну можливість: природні відмінності у старінні черв'яків можуть відображати випадковість в активності багатьох різних генів, що створює враження, що у людей було вимкнено багато різних генів.

«Те, чи проживе черв’як 8 чи 20 днів, залежить від, здавалося б, випадкових відмінностей в активності цих генів. Деяким черв’якам, здається, просто пощастило, що у них активовано правильний набір генів у потрібний час», — каже доктор Маттіас Едер, перший автор статті та дослідник Центру геномної регуляції.

Видалення трьох генів — aexr-1, nlp-28 та mak-1 — мало особливо разючий вплив на варіації тривалості життя, зменшивши діапазон з приблизно 8 днів до лише 4. Замість того, щоб рівномірно продовжувати життя всіх особин, видалення будь-якого з цих генів значно збільшило тривалість життя короткоживучих черв'яків, тоді як тривалість життя найдовше живучих черв'яків залишилася практично незмінною.

Дослідники спостерігали такий самий вплив на тривалість здоров'я, тобто період життя, проведений у здоров'ї, а не лише у фізичному житті. Видалення лише одного з генів було достатнім для непропорційного покращення здорового старіння у черв'яків з короткою тривалістю здоров'я.

«Мова йде не про створення безсмертних черв’яків, а про те, щоб зробити процес старіння справедливішим, ніж він є зараз. Ми, по суті, робимо те, що роблять лікарі – беремо черв’яків, які помирають раніше за своїх однолітків, і робимо їх здоровішими, допомагаючи їм жити ближче до максимальної потенційної тривалості життя. Але ми робимо це, впливаючи на основні біологічні механізми старіння, а не просто лікуючи хворих особин. Це, по суті, робить популяцію більш однорідною та довговічною», – сказав доктор Нік Страуструп, старший автор дослідження та керівник групи в Центрі геномної регуляції.

У дослідженні не пояснюється, чому вимкнення генів, здається, не впливає негативно на здоров'я черв'яків.

«Кілька генів можуть взаємодіяти, забезпечуючи вбудовану надлишковість після певного віку. Також може бути так, що гени не потрібні особам, які живуть у безпечному, затишному середовищі, такому як лабораторія. У суворих умовах дикої природи ці гени можуть бути більш важливими для виживання. Це лише деякі з робочих теорій», — каже доктор Едер.

Дослідники зробили свої відкриття, розробивши метод вимірювання молекул РНК у різних клітинах і тканинах, поєднавши його з «Машиною тривалості життя» – пристроєм, який відстежує весь життєвий цикл тисяч нематод одночасно. Черви живуть у чашці Петрі всередині машини, під оком сканера.

Пристрій знімає нематод раз на годину, збираючи величезну кількість даних про їхню поведінку. Дослідники планують створити подібний пристрій для вивчення молекулярних причин старіння у мишей, біологія яких більше нагадує людську.