Генетический переключатель запускает процесс старения, отключая реакции клеток на стресс, которые защищают клетку, сохраняя свернутые и функциональные важные белки. Стволовые клетки зародышевой линии активируют этот переключатель в раннем взрослом возрасте, после того, как животное начинает размножаться, и это гарантирует, что его линия будет жить дальше.
Хотя исследования проводились на червях, результаты имеют значение для людей, сообщают исследователи. Генетический переключатель и другие компоненты, идентифицированные учеными как играющие роль в старении, сохраняются у всех животных, включая человека, предлагая цели для будущих исследований. (C. elegans имеет биохимическую среду, похожую на человеческую, и является популярным исследовательским инструментом для изучения биологии старения и в качестве модели болезней человека.)
Знание того, как работает система контроля качества в клетках, может однажды помочь исследователям понять, как обеспечить людям лучшее клеточное качество жизни и, следовательно, отсрочить развитие дегенеративных заболеваний, связанных со старением, таких как нейродегенеративные заболевания.
"Разве для общества не было бы лучше, если бы люди могли быть здоровыми и продуктивными в течение более длительного периода своей жизни??"сказал Ричард I. Моримото, старший автор исследования. "Я очень заинтересован в том, чтобы системы контроля качества оставались оптимальными как можно дольше, и теперь у нас есть цель. Наши результаты показывают, что должен быть способ снова включить этот генетический переключатель и защитить наши стареющие клетки, увеличив их способность противостоять стрессу."
Моримото – профессор молекулярной биологии Билла и Гейл Кук и директор Института биомедицинских исследований Райса в Северо-Западном колледже искусств и наук Вайнберга.
Исследование, основанное на десятилетии исследований, будет опубликовано в номере журнала Molecular Cell от 23 июля. Джонатан Лаббадиа, научный сотрудник лаборатории Моримото, является первым автором статьи.
В C. elegans, спад начинается через восемь часов после взросления – все переключатели выключаются, чтобы отключить защитные механизмы клеток животного от стресса.
Моримото и Лаббадиа обнаружили, что именно стволовые клетки зародышевой линии, ответственные за производство яйцеклеток и сперматозоидов, контролируют переключение.
У животных, в том числе C. elegans и людей, реакция теплового шока важна для правильного сворачивания белка и здоровья клеток.
Старение связано со снижением контроля качества, поэтому Моримото и Лаббадиа специально изучали реакцию теплового шока в жизни C. elegans.
«Мы стали свидетелями драматического коллапса защитной реакции на тепловой шок, которая началась в раннем взрослом возрасте», – сказал Моримото.
Моримото и Лаббадиа обнаружили, что генетический переключатель происходит между двумя основными тканями в организме, которые определяют будущее вида: зародышевой линией и сомой (тканями тела животного, такими как мышечные клетки и нейроны). После того, как зародышевая линия завершила свою работу и произвела яйцеклетки и сперму, необходимые для следующего поколения животных, она посылает сигнал клеточным тканям, чтобы отключить защитные механизмы, что приводит к вырождению взрослого животного.
"C. elegans сказал нам, что старение – это не континуум различных событий, как многие думали, – сказал Моримото.
«В системе, где мы действительно можем проводить эксперименты, мы обнаруживаем переключатель, который очень точно определяет старение», – сказал он. «Все эти стрессовые пути, обеспечивающие устойчивость тканевой функции, необходимы для жизни, поэтому было неожиданным, что генетический переключатель буквально отбрасывается на восемь часов во взрослую жизнь, что приводит к одновременному подавлению реакции теплового шока и других реакций клеток на стресс."
Используя комбинацию генетических и биохимических подходов, Моримото и Лаббадиа обнаружили, что защитная реакция на тепловой шок резко снижается в течение четырехчасового периода в раннем взрослом возрасте, а именно в начале репродуктивной зрелости.
Животные по-прежнему ведут себя нормально, но ученые могут видеть молекулярные изменения и снижение контроля качества белка.
В одном эксперименте исследователи заблокировали зародышевую линию от отправки сигнала на отключение контроля качества клеток.
Они обнаружили, что соматические ткани у взрослых животных оставались прочными и устойчивыми к стрессу.
"Это было захватывающе видеть", – сказал Моримото. «У нас было в некотором смысле сверхстрессорное животное, устойчивое ко всем видам клеточного стресса и повреждения белков. Этот генетический переключатель дает нам цель для будущих исследований."