В исследовании, опубликованном 5 марта 2020 года в журнале PLOS Biology, количественно определены вариации продолжительности жизни в геноме плодовой мухи, что дает ценную информацию для сохранения здоровья пожилых людей – постоянно растущего сегмента населения. Статья под названием «Контекстно-зависимая генетическая архитектура продолжительности жизни дрозофилы» является кульминацией десятилетних исследований генетиков из Университета Клемсона Труди Маккей и Роберта Анхолта.
По-прежнему сложно обратиться к генетической основе продолжительности жизни человека, поэтому исследователи проводят свои эксперименты с модельными системами. Маккей, заведующий кафедрой генетики человека, финансируемый Семьей, является одним из ведущих мировых экспертов по модели Drosophila melanogaster (также известной как плодовая муха), которая является отличной моделью для сравнительного анализа болезней человека и старения. Около 70 процентов генома плодовой мухи имеет аналог человека.
«Линии мух являются репрезентативными для естественной популяции и очень разнообразны, в этих линиях содержится более двух миллионов вариантов», – сказал Маккей, проводивший исследование с использованием секвенированных инбредных линий из Генетической справочной панели Drosophila melanogaster (DGRP).
В своем эксперименте Маккей и ее команда использовали линии DGRP и аутбредную популяцию, полученную из этих линий мух, для изучения различий в продолжительности жизни среди самцов и самок мух, выращенных в трех различных температурных условиях (18, 25 и 28 градусов Цельсия).
В процессе они выяснили, какие гены и варианты связаны с увеличением продолжительности жизни, и являются ли эти гены и варианты одинаковыми у мужчин и женщин и в разных средах.
Вариант, представляющий собой изменение одной основы ДНК в коде ДНК человека, вводится в популяцию как мутация. Законы естественного отбора показывают, что варианты с благоприятными характеристиками выживут и будут переданы последующим поколениям, в то время как варианты с пагубными последствиями не сохранятся.
После проведения количественного генетического анализа продолжительности жизни и вариаций продолжительности жизни в микро-окружающей среде в линии DGRP исследователи обнаружили, что генетическая архитектура продолжительности жизни зависит от контекста. Одни и те же гены и варианты имели разные эффекты у мужчин и женщин, а также разные эффекты в зависимости от температуры, при которой они выращивались.
По словам Маккея, понимание вариантов намного сложнее, чем то, что ранее считало научное сообщество, и подчеркивало, что различия между мужчинами и женщинами были особенно удивительными.
«Если средняя продолжительность жизни варианта была увеличена у женщин, она уменьшилась у мужчин», – сказал Маккей, директор Центра генетики человека Клемсона в Гринвуде, Южная Каролина. "Это пример того, что называется антагонистической плейотропией, что означает, что один и тот же вариант оказывает противоположное влияние на разные черты характера. В данном случае это одна и та же черта, но ее эффекты у мужчин и женщин противоположны."
Это важно, сказал Маккей, потому что теоретически было предсказано, что варианты с противоположными различными эффектами у мужчин и женщин будут сохраняться в естественных популяциях и вызывать вариации в продолжительности жизни. Однако экспериментальные примеры таких вариантов ранее не наблюдались.
Маккей и ее команда сделали еще одно важное открытие в своем исследовании. Из всех генов, которые они определили как связанные с увеличенной продолжительностью жизни, 1008 из них перекрываются с генами, ранее идентифицированными как таковые другими исследователями, которые выбрали плодовых мушек для увеличения продолжительности жизни.
«Нам было очень приятно узнать, что, хотя продолжительность жизни – очень сложная черта, вызванная вариациями по большому количеству локусов, что справедливо для большинства сложных черт, количество общих локусов является абсолютно конечным числом.
Итак, мы можем представить, что переходим к следующему этапу и исследуем один ген за раз и в комбинации », – сказал Маккей.
Большая часть этого исследования была проведена Маккей и ее командой, когда она была преподавателем в Государственном университете Северной Каролины. Она присоединилась к Клемсонскому университету в июле 2018 года.
Сотрудниками Маккея по этому исследованию являются ведущий автор Вэнь Хуанг, ныне преподаватель Мичиганского государственного университета; Старший научный сотрудник NCSU Терри Кэмпбелл; Доцент NCSU Мэри Анна Карбоне; Техник лаборатории NCSU W. Элизабет Джонс; Аспирантка NCSU Дезире Унселт; и Роберт Анхольт, заслуженный профессор генетики и биохимии Клемсона.
Эта работа финансировалась Национальными институтами здравоохранения за счет грантов R01 AG043490 и R01 GM45146.
Исследователи несут полную ответственность за содержание этого исследования, в которое спонсоры не участвовали.