Vylepšením niekoľkých kľúčových génov v DNA škrkavky vedci predĺžili životnosť zvieraťa približne o 500%.
To je obrovský skok v živote: Priemerný škrkavka žije asi tri až štyri týždne. Keď však nie sú zaťažené dvoma špecifickými génmi - DAF-2 a RSKS-1, môžu tvorovia prežiť niekoľko mesiacov.
Vedci spojili tieto gény s rokmi dlhovekosti a zaznamenali zvýšenie životnosti červov a iných zvierat, keď sú tieto gény vypnuté. Presná úloha génov v procese starnutia však zostáva záhadou.
Vedci teraz spojili bodky medzi týmito dvoma génmi a mitochondriou, malými elektrárňami, ktoré podporujú fungovanie bunkových buniek v tele. Mitochondrie začínajú zlyhávať, keď organizmus starne, ale podľa štúdie uverejnenej v roku 2019 v časopise Cell Press sa zdá, že umlčanie DAF-2 a RSKS-1 spomaľuje toto poškodenie a predlžuje životnosť - prinajmenšom pri škrkavkách.
Iba čas ukáže, či liek proti starnutiu môže fungovať u cicavcov vrátane ľudí.
Domino efekt
Vedci si prvýkrát uvedomili súvislosť medzi DAF-2 a starnutím na začiatku 90. rokov, keď výskumný tím zistil, že škrkavky žijú dvakrát tak dlho, ako je obvyklé, keď nesú mutovanú verziu génu. Nález skok začal novú éru v štúdii starnutia, ktorá bola poháňaná génmi a ich vedľajšími produktmi.
"Bolo to ako zmena hry v teréne ... pretože ľudia začali veriť, že jediný gén môže predĺžiť životnosť," uviedol spoluautor Pankaj Kapahi, profesor v Buck Institute pre výskum starnutia v Novato v Kalifornii. ,
V priebehu času výskumné skupiny odkryli viac génov s dlhovekosťou, vrátane RSKS-1, ale dôkazy dokazujúce existenciu naznačujú, že tieto špeciálne segmenty genetického kódu nefungujú izolovane. Namiesto toho koordinujú s tímom iných génov a proteínov, ktoré pomáhajú budovať, a spúšťajú kaskády bunkovej aktivity známe ako „signálne dráhy“. Predstavte si signalizačné dráhy ako rady dominín - keď sa jeden domino zvrhne, spadne do iného a spustí zložitú reťazovú reakciu.
DAF-2 a RSKS-1 sú umiestnené v dôležitej signálnej dráhe, v tomto poradí: inzulínovej signálnej dráhe, ktorá pomáha regulovať hladinu cukru v krvi a metabolizmu, a TOR dráhe, ktorá mení, ako bunky vytvárajú proteíny, a teda ako rastú a množia sa. Ale ako sa tieto cesty pretínajú v starnúcom organizme, nie je známe, uviedol Kapahi.
Aby odhalili, odkiaľ tento anti-aging efekt pochádza, Kapahi a jeho kolegovia špehovali bunky mutantných oblých červov, v ktorých boli oba tieto gény vypnuté. Použitím techniky nazývanej „polysomálne profilovanie“ mohol tím sledovať, ktoré proteíny bunky budovali v danom okamihu. Počas konštrukcie proteínu môžu bunky využívať rôzne mechanizmy na zvýšenie produkcie konkrétneho proteínu alebo jeho vytáčanie späť. Tím zistil, že v mutantných červoch bunky vytvorili oveľa menej kópií proteínu nazývaného „cytochróm c“ ako normálne červy.
Na obrázku prichádzajú mitochondrie:
Cytochróm c sa objavuje vo vnútornej membráne mitochondrií a pomáha jej prechádzať cez záporne nabité elektróny. Tento prenos elektrónov z bielkovín na bielkoviny umožňuje mitochondriám vytvárať palivo - ale v mutantných červoch sa objavuje medzera, kde by mal byť cytochróm c. Keďže nie je možné vyrábať palivo tak efektívne, ako by normálne fungovalo, mitochondria vyraďuje späť výrobu energie a namiesto toho sa zameriava na opravu poškodených tkanív.
Keď zásoby energie klesajú, enzým snímajúci palivo nazývaný AMPK kopne do vysokých prevodových stupňov, čím pomáha červu prejsť na efektívnejšiu formu metabolizmu energie. Tento komplexný reťazec udalostí nakoniec vedie k dlhotrvajúcemu škrkavcovi, ktorého bunky zostávajú zdravé a do značnej miery bez poškodenia do vysokého veku.
„Bielkoviny sa s vekom poškodzujú a vidíte menšie poškodenie týchto ciest,“ povedal Kapahi. Výskum okrem toho naznačuje, že určité tkanivá, napríklad tkanivá vo svaloch a mozgu, môžu byť zdravšie, pokiaľ tieto cesty zostanú potlačené.
Od červov k ľuďom
Mutantné červy celkovo vytočili produkciu bielkovín a energie v prospech opravy starnúcich buniek. Konkrétne sa zdá, že nedostatok cytochrómu c v reprodukčných bunkách zvierat je pre tento proces kľúčový. Je možné, že červy pozastavia procesy súvisiace s reprodukciou v režime nízkej spotreby energie.
Organizácie reagujú podobne, keď sú tlačené do režimu hladovania - bez adekvátnej výživy, bunkové signály hovoria telu, aby si pripravilo produkciu potomstva na „oddychový čas“, povedal Kapahi. Túto myšlienku podporuje aj štúdia starých škrkaviek z 90. rokov; V tejto štúdii žili mutantné červy dvakrát tak dlho ako normálne červy, ale tiež produkovali asi o 20% menej potomkov.
Zdá sa, že starnutie škrkavky nie je pasívnym procesom, ale zdá sa, že zahŕňa chaotický spleť biologických dráh, ktoré spoločne regulujú metabolizmus, tvorbu bielkovín a potenciálne rozmnožovanie. Hoci podobné cesty existujú u ľudí, vedci stále nevedia, či starnutie funguje rovnakým spôsobom v oboch organizmoch, uviedol Kapahi. Starnutie ľudí môže byť komplexnejšie.
„Ochrana nie je absolútna a existujú významné rozdiely v týchto dráhach medzi červami a cicavcami,“ povedal Dr. Joseph Avruch, profesor medicíny na Harvardskej lekárskej fakulte a vedúci oddelenia pre diabetes vo Všeobecnej nemocnici v Massachusetts.
Aj keď sa zdá, že tlmiaca signalizácia v inzulínových a TOR dráhach predlžuje životnosť červov, nie je jasné, či by ľudia mali rovnakú reakciu.
„Ak tu identifikovaná génová sieť… funguje podobne u cicavcov, farmakologické zásahy sa stanú uskutočniteľnými,“ povedal Avruch. Inými slovami, pokusy proti starnutiu, ktoré sa prvýkrát uskutočnili v červoch, sa musia replikovať u cicavcov, aby niekto vedel, či by mohli pracovať u ľudí.
Cesty zapojené do procesu starnutia „môžu byť pre červa niečo veľmi špecifické,“ uviedol Kapahi. „Ale nikdy nebudeme vedieť, ak si tieto otázky nebudeme klásť.“
