Со времён неолита до начала девятнадцатого века средняя продолжительность человеческой жизни не превышала 30 лет. Даже в относительно недавнем 1940 году ожидаемая продолжительность жизни в СССР составляла около 40 лет, а в наиболее благоприятных странах Скандинавии – 60 лет.
Лишь недавно, благодаря стремительному развитию медицины, люди стали жить так долго, как никогда прежде (даже задумались о массовом переходе за отметку в 100 лет).
Но, увы, жить долго не означает оставаться полным сил и здоровым. И сегодня большинство стариков, достигнувших преклонных лет, на протяжении десятилетий страдают от хронических возрастных заболеваний, подчас мечтая поскорее покинуть этот бренный мир.
До сих пор учёные ищут биологические факторы, которые со временем приводят к повреждению клеток. Теперь исследователи из Гарвардского университета обнаружили связь между старением и одним из основных биологических процессов, известным как сплайсинг РНК. Это открытие не только проливает свет на роль молекулярного механизма в продлении жизни, но и намекает на возможность его настройки для здорового старения.
«То, что уничтожает нейроны при болезни Альцгеймера, конечно, отличается от причин сердечно-сосудистых заболеваний, но основным фактором риска для всех этих болезней является старение, – говорит старший автор исследования Уильям Мэйр (William Mair). – Таким образом, один из самых больших вопросов – существует ли общий принцип в работе молекулярных систем, который позволяет таким заболеваниям закрепиться в органах?»
Чтобы разобраться, как старению может помешать сплайсинг РНК, для начала стоит напомнить, как происходит синтез молекул белков, которые являются основными строительными блоками клеток человеческого тела, а также регулируют работу органов и тканей. «Рецепты» их изготовления зашифрованы в генетическом коде и хранятся в ядре каждой клетки, как в библиотеке.
Создание нового белка начинается с того, что на основе отдельного участка ДНК – гена, строится так называемая матричная РНК, закодированные в коде аминокислоты собираются в белок.
Но гены, как и построенные на их основе молекулы РНК, содержат некодирующие участки, которые необходимо вырезать в процессе сплайсинга перед началом синтеза белка.
Стабильное производство РНК и белков является ключом к сохранению молодости и здоровья, поэтому исследователи хотели узнать, какой эффект оказывают изменения в сплайсинге, неизбежно возникающие с возрастом.
Мэйр и его коллеги проводили эксперименты с червём аскаридой вида Caenorhabditis elegans, которая является традиционным и в какой-то степени легендарным модельным организмом в биологии. Это первое животное, для которого был расшифрован геном и составлена полная карта нейронов нервной системы. Кроме того, аскарида может стать первым живым существом, которое в ближайшем будущем отправится к Марсу. Важно, что у C. elegans примерно столько же генов, как и у человека, поэтому она широко используется в генетических исследованиях.
«Аскарида является отличным объектом для изучения старения, потому что эти черви живут всего три недели, и в течение этого времени демонстрируют явные признаки возрастного увядания, – объясняет первый автор исследования Каролина Хейнц (Caroline Heintz). – Например, они теряют мышечную массу, у них снижается репродуктивная функция, ухудшается работа иммунной системы и даже появляются морщины на коже».
Поскольку клетки червей прозрачны, учёные смогли пометить отдельные гены флуоресцентными белками и в реальном времени наблюдать, как изменяется процесс сплайсинга по мере старения аскариды. Уже через пять дней команда могла не только выделить в популяции особей, у которых сплайсинг оставался на нормальном уровне дольше, чем у других, но и точно прогнозировать продолжительность жизни каждого червя, исходя из динамики этих изменений.
«Это действительно интересный результат, который позволяет предположить, что когда-нибудь мы сможем использовать сплайсинг в качестве биомаркера для определения ранних признаков старения», – говорит Хейнц. Но не только это обрадовало учёных, был и другой важный результат.
Впоследствии исследователи разработали систему пищевых ограничений, которая, как показали предыдущие работы, способна продлевать жизнь червей (и не только). В результате процесс сплайсинга аскарид постоянно оставался на ̎юношеском̎ уровне и не изменялся с возрастом.
На последнем этапе команда сосредоточилась на отдельном элементе процесса сплайсинга, известном под названием фактор сплайсинга 1 (SFA-1). Он входит в состав сплайсосомы – массивной молекулярной структуры, которая непосредственно занимается удалением некодирующих участков РНК. Оказалось, что повышение уровня SFA-1 в клетках продлевает жизнь аскарид. Это открытие особенно важно, потому что аналогичный элемент присутствует в механизме сплайсинга у человека.
«Эти удивительные результаты показывают, что изменение сплайсинга РНК может быть одним из главных признаков процесса старения, – говорит Мэйр. – Наша работа открывает совершенно новое направление для исследований, которые могли бы помочь понять, как продлить жизнь и оставаться при этом здоровым».
Подробнее с работой американских учёных можно ознакомиться в статье, опубликованной в журнале Nature.
Автор: Дарья Загорская