Korekcionējot dažus galvenos gēnus apaļā tārpa DNS, zinātnieki ir pagarinājuši dzīvnieka mūžu par aptuveni 500%.
Tas ir milzīgs dzīves lēciens: vidējais apaļais tārps dzīvo apmēram trīs līdz četras nedēļas. Bet, ja nav divu specifisku gēnu - DAF-2 un RSKS-1 -, tie var izdzīvot vairākus mēnešus.
Zinātnieki šos gēnus bija saistījuši ar ilgmūžību pirms gadiem, atzīmējot tārpu un citu radību dzīves ilguma palielināšanos, kad šie gēni tiek izslēgti. Tomēr precīza gēnu loma novecošanās procesā palika noslēpums.
Tagad pētnieki ir savienojuši punktus starp šiem diviem gēniem un mitohondrijiem - mazajām spēkstacijām, kas deg šūnu funkcijas visā ķermenī. Mitohondriji sāk nepareizi funkcionēt, novecojot organismam, bet DAF-2 un RSKS-1 apklusināšana, šķiet, aizkavē šo bojājumu un pagarina dzīves ilgumu - vismaz apaļajos tārpos, liecina pētījums, kas 2019. gadā publicēts žurnālā Cell Press.
Tikai laiks rādīs, vai līdzeklis pret novecošanos varētu darboties zīdītājiem, arī cilvēkiem.
Domino efekts
Zinātnieki vispirms saprata saikni starp DAF-2 un novecošanos deviņdesmito gadu sākumā, kad pētījumu grupa atklāja, ka apaļtārpi dzīvo divreiz ilgāk nekā parasti, ja viņiem ir gēna mutācijas versija. Šis atklājums sāka jaunu laikmetu, pētot novecošanos, kuru virza gēni un to blakusprodukti.
"Tas bija kā spēles mainītājs laukā ... jo cilvēki sāka ticēt, ka viens gēns var pagarināt mūžu," "Live Science" pastāstīja līdzautors Pankajs Kapahi, Buka novecošanās pētījumu institūta profesors Novato, Kalifornijā, Kalifornijā .
Laika gaitā pētniecības grupas atklāja vairāk ilgmūžības gēnu, ieskaitot RSKS-1, taču montāžas pierādījumi liecināja, ka šie īpašie ģenētiskā koda segmenti nedarbojas izolēti. Tā vietā viņi koordinē ar citu gēnu komandu un olbaltumvielām, kuras viņi palīdz veidot, izraisot šūnu aktivitātes kaskādes, kas pazīstamas kā "signālu celiņi". Domājiet par signalizācijas ceļiem kā domino rindām - kad viens domino apgāžas, tas iekrīt citā un sāk sarežģītu ķēdes reakciju.
DAF-2 un RSKS-1 katrs atrodas svarīgā signalizācijas ceļā: attiecīgi insulīna signālu ceļš, kas palīdz kontrolēt cukura līmeni asinīs un metabolismu, un TOR ceļš, kas maina to, kā šūnas veido olbaltumvielas un tādējādi arī to augšanu un vairošanos. Bet, kā šie ceļi krustojas novecojošā organismā, nebija zināms, sacīja Kapahi.
Lai noskaidrotu, no kurienes rodas šī novecošanās iedarbība, Kapahi un viņa kolēģi uzspieda mutantu apaļo tārpu šūnas, kurās abi šie gēni bija izslēgti. Izmantojot paņēmienu, ko sauc par “polisomālu profilēšanu”, komanda varēja izsekot, kādus proteīnus šūnas veido konkrētajā brīdī. Olbaltumvielu konstruēšanas laikā šūnas var izmantot dažādus mehānismus, lai palielinātu noteiktā proteīna ražošanu vai atzvanītu to atpakaļ. Komanda atklāja, ka mutantos tārpos šūnas uzbūvēja daudz mazāk olbaltumvielu, ko sauc par "citohroma c", nekā parastie tārpi.
Lūk, kur attēlā parādās mitohondriji:
Citohroms c parādās mitohondriju iekšējā membrānā un palīdz caur tā struktūru iziet negatīvi lādētus elektronus. Šī elektronu pārvietošana no olbaltumvielām uz olbaltumvielām ļauj mitohondrijiem radīt degvielu, bet tārpu mutantos parādās sprauga tur, kur vajadzētu būt citohromā c. Nespējot izgatavot degvielu tikpat efektīvi kā parasti, mitohondriji kavē enerģijas ražošanu un tā vietā koncentrējas uz bojātu audu atjaunošanu.
Samazinoties enerģijas krājumiem, degvielu uztverošais enzīms, ko sauc par AMPK, sāk darboties ar lielu ātrumu, palīdzot tārpam pāriet uz efektīvāku enerģijas metabolisma veidu. Šī sarežģītā notikumu virkne galu galā rada ilgstoši dzīvojošu apaļtārpu, kura šūnas paliek veselīgas un lielā mērā bez bojājumiem arī vecumdienās.
"Olbaltumvielas sabojājas ar vecumu, un jūs redzat, ka šie ceļi tiek kavēti mazāk," sacīja Kapahi. Turklāt pētījumi liecina, ka atsevišķi audi, piemēram, muskuļos un smadzenēs, var pat kļūt veselīgāki, kamēr šie ceļi paliek apslāpēti, viņš piebilda.
No tārpiem līdz cilvēkiem
Kopumā tārpi mutanti veicināja gan olbaltumvielu, gan enerģijas ražošanu par labu to novecojošo šūnu atjaunošanai. Konkrēti, citohroma c trūkums dzīvnieku reproduktīvajās šūnās šķita šī procesa atslēga, atzīmēja autori. Iespējams, ka tārpi aizkavē ar reprodukciju saistītos procesus, atrodoties zemas enerģijas režīmā, viņi sacīja.
Organismi reaģē līdzīgi, kad tiek ieslēgti bada režīmā - bez atbilstoša uztura šūnu signāli liek organismam “paņemt laiku”, lai sagatavotos pēcnācēju radīšanai, sacīja Kapahi. Šo ideju atbalsta arī 1990. gadu veco apaļo tārpu pētījums; Tajā pētījumā mutanti tārpi dzīvoja divreiz ilgāk nekā parastie tārpi, bet tie arī radīja par aptuveni 20% mazāk pēcnācēju.
Tā kā tā ir pasīvs process, šķiet, ka apaļtārpiņa novecošanās ir saistīta ar nekārtīgu bioloģisko ceļu jucekli, kas darbojas kopā, lai regulētu metabolismu, olbaltumvielu veidošanos un potenciāli pavairošanu. Kaut arī līdzīgi ceļi pastāv cilvēkiem, zinātnieki joprojām nezina, vai novecošanās abos organismos darbojas vienādi, sacīja Kapahi. Ja kaut kas notiek, novecošanās cilvēkiem var izrādīties sarežģītāka.
"Aizsardzība nav absolūta, un pastāv nozīmīgas atšķirības starp tārpiem un zīdītājiem šajos ceļos," Džozefs Avručs, Hārvardas Medicīnas skolas medicīnas profesors un Masačūsetsas vispārējās slimnīcas diabēta nodaļas vadītājs, Live Science pavēstīja e-pastā.
Kaut arī šķiet, ka signālu aizkavēšana insulīna un TOR ceļos pagarina tārpu dzīves ilgumu, nav skaidrs, vai cilvēkiem būs tāda pati reakcija.
"Ja šeit identificētais gēnu tīkls darbojas līdzīgi zīdītājiem, tad farmakoloģiskas iejaukšanās kļūst iespējama," sacīja Avručs. Citiem vārdiem sakot, anti-novecošanās eksperimenti, kas vispirms veikti ar tārpiem, jāatkārto zīdītājiem, pirms kāds zinās, vai tie, iespējams, varētu darboties cilvēkiem.
Novecošanās procesā iesaistītie ceļi "varētu būt kaut kas ļoti specifisks tārpam," sacīja Kapahi. "Bet mēs nekad neuzzināsim, ja mēs neuzdodam šos jautājumus."
