Чрез опъване на няколко ключови гена в ДНК на кръгъл червей, учените са удължили продължителността на живота на животното с около 500%.
Това е огромен скок в живота: Средният кръгъл червей живее около три до четири седмици. Но когато не се преброят от два специфични гена - DAF-2 и RSKS-1, съществата могат да оцелеят в продължение на няколко месеца.
Учените са свързвали тези гени с дълголетието преди години, отбелязвайки увеличаване на продължителността на живота на червеи и други същества, когато тези гени са изключени. Точната роля на гените в процеса на стареене обаче остава загадка.
Сега, изследователите са свързвали точките между тези два гена и митохондриите, мъничките силови къщи, които функционират горивни клетки в цялото тяло. Митохондриите започват да функционират, тъй като организмът старее, но заглушаването на DAF-2 и RSKS-1 изглежда забавя тази вреда и удължава продължителността на живота - поне при кръгли червеи, показва проучване, публикувано през 2019 г. в списанието Cell Press.
Само времето ще покаже дали лекарството против стареене може да действа при бозайници, включително и хора.
Домино ефект
Учените за първи път осъзнаха връзката между DAF-2 и стареенето в началото на 90-те, когато изследователски екип откри, че кръглите червеи живеят два пъти по-дълго от нормалното, когато носят мутирала версия на гена. Констатационният скок започна нова ера в изследването на стареенето, която се движи от гени и техните странични продукти.
„Това беше като смяна на играта в полето ... защото хората започнаха да вярват, че един ген може да удължи продължителността на живота“, каза съавторът Панкай Капахи, професор от Бък Институт за изследвания на стареенето в Новато, Калифорния, пред Live Science ,
С течение на времето изследователските групи разкриха повече гени за дълголетие, включително RSKS-1, но мотивираните доказателства предполагат, че тези специални сегменти от генетичния код не работят в изолация. Вместо това те се координират с екип от други гени и протеините, които помагат за изграждането, задействайки каскади от клетъчна активност, известни като „сигнални пътища“. Помислете за сигналните пътеки като редици от домино - когато едно домино се срине, то попада в друго и започва сложна верижна реакция.
DAF-2 и RSKS-1 седят във важен сигнален път, съответно: инсулиновия сигнален път, който помага за контролиране на нивата на кръвната захар и метаболизма, и TOR пътя, който променя как клетките изграждат протеини и по този начин как те растат и се размножават. Но как тези пътеки се пресичат в стареещ организъм, не се знае, каза Капахи.
За да разкрият откъде идва този анти-стареещ ефект, Капахи и неговите колеги шпионират клетките на мутантни кръгли червеи, в които и двата гена са били изключени. Използвайки техника, наречена „полисомно профилиране“, екипът може да проследи кои протеини клетките изграждат във всеки даден момент. По време на изграждането на протеини, клетките могат да използват различни механизми, за да увеличат производството на определен протеин или да го върнат обратно. Екипът откри, че в мутантните червеи клетките изграждат много по-малко копия на протеин, наречен "цитохром с", отколкото нормалните червеи.
Ето къде влизат митохондриите в снимката:
Цитохром c се появява във вътрешната мембрана на митохондриите и помага за преминаване на отрицателно заредени електрони през неговата структура. Този трансфер на електрони от протеин към протеин позволява на митохондриите да генерират гориво - но при мутантните червеи се появява празнина там, където трябва да бъде цитохром с. Не може да направи горивото толкова ефективно, колкото обикновено, митохондриите набират обратно производство на енергия и вместо това се фокусират върху възстановяването на увредените тъкани.
Тъй като запасите на енергия падат, ензимът, определящ горивото, наречен AMPK, започва да се захваща с висока скорост, като помага на червея да премине към по-ефективна форма на енергиен метаболизъм. Тази сложна верига от събития в крайна сметка поражда дълговечен кръгъл червей, чиито клетки остават здрави и до голяма степен не увреждат добре до старост.
"Протеините се увреждат с възрастта и виждате по-малко щети, ако тези пътища са потиснати", каза Капахи. В допълнение, изследванията показват, че някои тъкани, като тези в мускулите и мозъка, могат дори да станат по-здрави, стига тези пътища да останат задушени, добави той.
От червеи до хора
Като цяло мутантните червеи набраха обратно производството на протеини и енергия в полза на поправянето на стареещите си клетки. По-конкретно, липсата на цитохром с в репродуктивните клетки на животните изглежда е била ключова за този процес, отбелязват авторите. Възможно е червеите да поставят процесите, свързани с възпроизвеждането, в режим на задържане, докато са в режим с ниска енергия, казаха те.
Организмите реагират по подобен начин, когато са изтласкани в режим на гладуване - без адекватно хранене, клетъчните сигнали казват на тялото да отдели „време навън“ от подготовката за производство на потомство, каза Капахи. Тази идея се подкрепя и от изследването на стари кръгли червеи през 90-те години; В това проучване мутантните червеи са живели два пъти по-дълго от нормалните червеи, но те също са произвеждали около 20% по-малко потомство.
Далеч от пасивен процес, стареенето в кръглия червей изглежда включва разхвърлян биологичен път, който работи заедно за регулиране на метаболизма, изграждането на протеини и потенциално възпроизводството. Въпреки че при хората съществуват подобни пътища, учените все още не знаят дали стареенето работи еднакво и в двата организма, каза Капахи. Ако не друго, остаряването при хората може да се окаже по-сложно.
"Опазването не е абсолютно и важни различия в тези пътища между червеи и бозайници съществуват", казва д-р Джоузеф Аврух, професор по медицина в Медицинския университет в Харвард и началник на диабетното отделение в Общата болница в Масачузетс, пред Live Science в имейл.
Въпреки че притискането на сигнали в инсулиновите и ТОР пътищата изглежда удължава продължителността на живота на червеи, не е ясно дали хората биха имали същия отговор.
"Ако генетичната мрежа, идентифицирана тук ... функционира подобно на бозайниците, тогава фармакологичните интервенции стават осъществими", каза Аврух. С други думи, експериментите против стареене, проведени първо при червеи, трябва да бъдат повторени при бозайници, преди някой да разбере дали е възможно да работи при хора.
Пътеките, участващи в процеса на стареене, "може да са нещо много специфично за червея", каза Капахи. "Но никога няма да разберем, ако не си зададем тези въпроси."
