Биологи из Лос-Анджелеса разработали механизм вмешательства в клеточные процессы, который может останавливать старение и возвращать молодость — пока правда только мухам-дрозофилам.
В эксперименте использовали дрозофил среднего возраста, и в его процессе значительно улучшилось здоровье мух и замедлилось их старение. Ученые считают, что этот метод может в конечном итоге привести к замедлению возникновения и развития болезни Паркинсона, болезни Альцгеймера, рака, инсульта, сердечно-сосудистых заболеваний и других болезней людей, связанных с возрастом.
Метод «омоложения» фокусируется на митохондриях, крошечных генераторах энергии, находящихся внутри всех клеток организма. Митохондрии с возрастом все чаще повреждаются, и по мере взросления и старения людей поврежденные митохондрии, как правило, накапливаются в их мозге, мышцах и других органах. Когда поврежденные митохондрии накапливаются, они могут стать токсичными и способствовать возникновению широкого спектра возрастных заболеваний, сказал Дэвид Уокер (David Walker), профессор интегративной биологии и физиологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), старший автор исследования.
Дисфункциональные митохондрии — причина старения
В новом исследовании Уокер и его коллеги обнаружили, что у дрозофил примерно в середине их жизни, в месячном возрасте, митохондрии становятся более крупными и удлиненными, в то время как в юном возрасте они имеют округлую форму и более мелкие размеры.
«Мы считаем, что увеличение размеров митохондрий и их удлинение ухудшают способность клетки очищаться от поврежденных митохондрий», — сказал Уокер. «Наше исследование предполагает, что дисфункциональные митохондрии накапливаются с возрастом, а не удаляются из клеток».
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, сообщается, что ученые UCLA искусственно удалили поврежденные митохондрии, разбив их на более мелкие части. После этого мухи стали намного более активными, энергичными и выносливыми. Отмечается, что после экспериментального вмешательства самки плодовых мух прожили в среднем на 20% дольше естественного срока их жизни, а самцы — на 12% дольше.
Белок и ген, отвечающие за продление молодости
Исследование подчеркивает большую важность белка под названием Drp1 в процессах старения. По крайней мере, у плодовых мух и мышей уровень содержания Drp1 заметно снижается с возрастом.
Чтобы разрушить дисфункциональные митохондрии в клетках дрозофил, Анил Рана, ученый проекта UCLA и ведущий автор исследования, увеличил уровень содержания белка Drp1. Это позволило мухам избавиться от поврежденных митохондрий, оставив в клетках только здоровые органеллы. Уровень содержания Drp1 был увеличен в течение одной недели, начиная с 30-дневного возраста мух, то есть с середины их жизни.
Во время того же самого эксперимента Рана продемонстрировал, что ген Atg1 у плодовых мух также играет важную роль в клеточном старении. Он «выключил» этот ген, лишив клетки мух способности устранять поврежденные митохондрии. Это доказало, что Atg1 тоже необычайно важен для анти-возрастного эффекта. Белок Drp1 разрушает увеличенные митохондрии, ген Atg1 необходим для выведения поврежденных митохондрий из клеток.
«Это похоже на то, как если бы мы взяли мышечную ткань среднего возраста и омолодили ее до состояния молодой мышцы», — сказал Уокер, автор исследования. «Мы фактически задержали возрастное ухудшение здоровья, и всего семи дней нашего вмешательства было достаточно для того, чтобы значительно продлить жизнь мух и улучшить состояние их здоровья».
Одной из конкретных проблем со здоровьем, на которую было направлено лечение, было увеличение проницаемости кишечника, начинающееся примерно за неделю до смерти дрозофил. Последующие исследования в других лабораториях показали, что увеличение проницаемости кишечника является отличительной чертой старения не только у мух, но и у червей, мышей и обезьян. В исследовании UCLA это состояние было значительно отодвинуто во времени после того, как у мух был увеличен уровень содержания белка Drp1.
Почему именно дрозофилы?
Дрозофилы часто используются для исследований проблем старения, потому что их небольшой срок жизни позволяет ученым отслеживать влияние конкретных методов лечения в течение управляемого периода времени, а многие из признаков старения на клеточном уровне аналогичны тем, которые протекают и у человека. Кроме того, ученые определили все гены плодовой мухи, и им хорошо известно, как включать и выключать отдельные гены.
Уокер надеется, что механизм «омоложения», подобный тому, который его команда разработала для дрозофил, в конечном итоге сможет помочь и людям, замедляя их старость и задерживая развитие связанных со старением заболеваний. Уокер пояснил, что новый подход эффективен даже при его использовании в течение небольшого времени, и это особенно важно, потому что долгосрочное использование почти любого препарата может иметь вредные побочные эффекты у людей.
Одной из долгосрочных целей исследований группы ученых из UCLA является разработка фармацевтических препаратов, которые бы копировали эффект увеличения уровня содержания Drp1, чтобы продлить жизнь людей и удлинить то, что они называют «периодом человеческого здоровья», то есть количества здоровых лет в жизни людей.
Белок, отвечающий за старение
В другой части эксперимента, в том числе с участием мух среднего возраста, ученые отключили синтез белка под названием Mfn, который позволяет митохондриям сливаться в более крупные агломерации. Отключение этого белка также продлило жизнь мух и улучшило их здоровье.
«Вы можете либо разбить митохондрии на более мелкие части, увеличив содержание белка Drp1, либо предотвратить их слияние, дезактивируя белок Mfn», — сказал Рана. «Оба механизма в результате производят один и тот же эффект: уменьшение митохондрий в размерах, и, как следствие этого, увеличение продолжительности жизни».
Функция белка Drp1 у животных была обнаружена Александром ван дер Блеком (Alexander van der Bliek), профессором биологической химии UCLA, еще в начале 2000-х годов. Однако в то время ученые вряд ли могли предположить, что его функции заключаются еще и в продлении молодости и улучшении здоровья. Пока эксперименты показали хорошие результаты на дрозофилах. Возможно, после серии испытаний на других животных ученые научатся продлять молодость и у человека.
Автор: Юлия Бондарь