Исследование на модели C. elegans показывает, что баланс мРНК в клетках влияет на продолжительность жизни

Почему некоторые люди живут дольше других? Гены в нашей ДНК важны, помогая избежать болезней и поддерживать общее здоровье, но различия в последовательности генома объясняют менее 30% естественной вариации продолжительности жизни человека.

Исследование влияния старения на молекулярном уровне может пролить свет на вариации продолжительности жизни, но сбор данных с необходимой скоростью, масштабом и качеством для изучения этого у людей невозможен. Поэтому исследователи обращаются к червям (Caenorhabditis elegans). Люди имеют много биологических сходств с этими маленькими существами, у которых также есть большая естественная вариация продолжительности жизни.

Исследователи из Центра геномного регулирования (CRG) наблюдали за тысячами генетически идентичных червей в контролируемой среде. Даже когда диета, температура и воздействие хищников и патогенов одинаковы для всех червей, многие из них продолжают жить дольше или короче среднего времени.

Исследование проследило основную причину этой вариации до изменений в содержании мРНК в клетках зародышевой линии (клетках, участвующих в размножении) и соматических клетках (клетках, образующих тело). Баланс мРНК между этими двумя типами клеток нарушается, или "разъединяется", со временем, заставляя старение проходить быстрее у некоторых индивидов, чем у других. Результаты опубликованы в журнале Cell.

Исследование также показало, что масштаб и скорость процесса разъединения регулируются группой из как минимум 40 различных генов. Эти гены играют много разных ролей в организме, от метаболизма до нейроэндокринной системы. Однако исследование впервые показало, что они все взаимодействуют, заставляя некоторых индивидов жить дольше других.

Отключение некоторых генов увеличило продолжительность жизни червей, в то время как отключение других сократило её. Эти результаты предполагают удивительную возможность: естественные различия в старении червей могут отражать случайность в активности множества разных генов, что делает видимым, что индивиды подвергались отключению многих разных генов.

"Будет ли червь жить до 8 или 20 дней, зависит от, казалось бы, случайных различий в активности этих генов. Некоторые черви, похоже, просто удачливы в том, что у них активирован правильный набор генов в нужное время," говорит доктор Маттиас Эдер, первый автор статьи и исследователь в Центре геномного регулирования.

Отключение трех генов — aexr-1, nlp-28 и mak-1 — оказало особенно драматический эффект на вариацию продолжительности жизни, уменьшая диапазон с около 8 дней до всего 4. Вместо того чтобы продлевать жизнь всех индивидуумов равномерно, удаление любого из этих генов значительно увеличило продолжительность жизни червей с короткой продолжительностью, в то время как продолжительность жизни самых долгоживущих червей осталась практически неизменной.

Исследователи наблюдали те же эффекты на продолжительность здорового периода жизни, период жизни, проведенный в здоровье, а не просто время физической жизни. Отключение всего одного из генов было достаточно, чтобы непропорционально улучшить здоровое старение у червей с низкой продолжительностью здорового периода жизни.

"Это не о создании бессмертных червей, а о том, чтобы сделать процесс старения более справедливым, чем он есть сейчас. Мы, по сути, делаем то, что делают врачи, — берем червей, которые умрут раньше своих сверстников, и делаем их здоровее, помогая им жить ближе к их максимальной потенциальной продолжительности жизни. Но мы делаем это, нацеливаясь на базовые биологические механизмы старения, а не просто леча больных индивидуумов. Это по сути делает популяцию более однородной и более долгоживущей," говорит доктор Ник Страуструп, старший автор исследования и руководитель группы в Центре геномного регулирования.

Исследование не рассматривает, почему отключение генов не кажется негативно влиять на здоровье червей.

"Несколько генов могут взаимодействовать, обеспечивая встроенную избыточность после определенного возраста. Может быть также, что гены не нужны индивидуумам, живущим в благоприятных, безопасных условиях, как в лаборатории. В суровых условиях дикой природы эти гены могут быть более критичны для выживания. Это лишь некоторые из рабочих теорий," говорит доктор Эдер.

Исследователи сделали свои открытия, разработав метод, который измеряет молекулы РНК в различных клетках и тканях, комбинируя его с "Машиной продолжительности жизни," устройством, которое следит за всей жизнью тысяч нематод одновременно. Черви живут в чашке Петри, находящейся внутри машины под наблюдением сканера.

Устройство снимает нематод раз в час, собирая множество данных об их поведении. Исследователи планируют создать аналогичную машину для изучения молекулярных причин старения у мышей, чья биология больше напоминает человеческую.