Повече за подмладяването
Студена вода, преварено и врящо мляко
Олга Посух, "Биомолекула" Връзки, вкл. за обяснения на специални термини вижте оригиналната статия.
Може би всеки, който е открил първата си бръчка или първата сива коса, не, не, и дори си е помислил колко страхотно би било, ако учените излязат с лек за старостта. Борбата със стареенето не е лесна задача, така че всеки успех в тази област, постигнат при „нашите по-малки братя“, вече е причина за голяма радост. Наскоро биолозите откриха начин да подмладят мускулите на плодовите мушици, като ги избавят от митохондриите, които носят вредни заличавания в техните ДНК молекули. Друга група учени удължиха живота на мишки чрез частично препрограмиране на техния епигеном. И ето, не е далече „подмладяващите ябълки“ за нас, Хомо сапиенс.
Съвременните представи на учените за стареенето предполагат, че това не е просто механично влошаване на всички системи, а процес, контролиран от някакъв вид „генетичен часовник“, който казва на тялото и ума ни да избледняват неумолимо.
Все още е твърде рано да се говори за безсмъртие, но ако се задълбочите в механизма на тези много „генетични часовници“, тогава се оказва, че процесът на стареене все още може да бъде обърнат. „Биомолекулата“ обърна доста голямо внимание на тази тема в специален проект за стареенето и дълголетието (можете да започнете да се запознавате с него от уводната статия [1]).
Стареенето, в допълнение към приближаването на неизбежния край, е придружено от маса съпътстващи заболявания и състояния. По-специално, много от сенилните заболявания могат да бъдат причинени от натрупването в клетките, заедно с нормалните митохондрии, на митохондрии с различни сривове в ДНК - мутации. Явлението, когато в едни и същи клетки се откриват митохондрии с "добър" и "зъл" генотип, се нарича хетероплазмия. Хетероплазмията може да допринесековарен принос за развитието на метаболитни нарушения, невродегенеративни заболявания, рак, сърдечни заболявания и саркопения (свързана с възрастта атрофия на скелетните мускули), които по някакъв начин са свързани със стареенето.
Много важни биологични механизми са открити и изследвани за първи път в почти готови плодови мушици. Обикновено хетероплазмията в Drosophila, разбира се, се среща тук и там, но беше необходимо генно инженерство, за да превърне този феномен в модел за изследване.
Група учени от Калифорния създадоха система [2], в която гените на ензимите, специално предназначени за митохондриите - AflIII рестрикционен ензим (mitoAflIII) и Т4 ДНК лигаза (mitoT4lig) - се експресират под контрола на промотор, който работи само в един от мускулите - този, който осигурява движението на крилата и полета на Drosophila. Тази нежизнена, само за възрастни, енергоемка, постмитотична (неделяща се) клетка и изобилна митохондриална тъкан е идеална за наблюдение и оценка на ефектите от повишените нива на хетероплазма в организма на възрастните. При млади мухи, в митохондриите на този мускул, рестрикционният ензим mitoAflIII разрязва митохондриалната ДНК на две места. В този случай изрязаният фрагмент с няколко важни гена беше загубен и mitoT4lig лигазата заши заедно останалите краища на ДНК. Така се формира изтриването. Митохондриите с такива делеции се натрупват в мускулите в големи количества (
76%), но това не попречи на мускула да функционира.
Обикновено митохондриите с разпад се унищожават от клетката с помощта на механизъм, наречен митофагия (специален случай на автофагия). Този механизъм се контролира от протеините PINK1 (PTEN-индуцирана предполагаема киназа 1) и Parkin (разрушаването на този протеин при хората води до развитие на болестта на Паркинсон) ифункционира, както следва: мембраната на счупената митохондрия се деполяризира, мембранните протеини на митофузина се разрушават и митохондрията губи способността си да се присъедини към общата митохондриална мрежа. В крайна сметка тази самотна митохондрия се унищожава от лизозомите.
Значението и примерите за "самоизяждане" на различни нива на организация на живата материя и в различни области на живата природа са разгледани в статията "Автофагия, протофагия и други" [3]. Автофагията във всичките си проявления се оказа толкова важен и вълнуващ процес, че спечели специално благоволение на Нобеловия комитет миналата година: „Нобелова награда за медицина и физиология 2016: за самодисциплина“ [4]. - Ед.
Процесът на митофагия в мускулите не протича много енергично, поради което с течение на времето нивото на хетероплазмата все още нараства и мускулът остарява. Но, както установиха калифорнийските учени, подмладяването на такъв мускул може да бъде стимулирано по няколко начина:
лишават счупените митохондрии от възможността да се присъединят към общата мрежа, намалявайки нивото на митофузините;
предотвратява реполяризацията на митохондриалната мембрана чрез продуциране на протеина ATPIF1, който инхибира активността на АТФазата, но не и АТФ синтазата;
повишаване на ефективността на разпознаване на счупени митохондрии чрез увеличаване на количеството PINK1 и Parkin протеини;
активират процеса на митофагия.
Тези открития в Drosophila ще послужат като отправна точка за генетични и химични скрининги. Тези прожекции ще помогнат за идентифицирането на молекули, които могат да прочистят тъканите от счупени митохондрии и следователно да се превърнат в дългоочакван лек за старостта за нас.
Като модел за този експеримент те избрали мишки с мутация, която води до прогерия - преждевременно стареене. Лечението на такива стари мишки се основава на вече добре познатата и проучена технология за получаванеиндуцирани плурипотентни стволови клетки (iPSCs). Същността му е, че стволовите клетки се получават от диференцирани клетки чрез генетично препрограмиране, способни да се превърнат във всеки друг вид клетка. Такова препрограмиране се постига, когато експресията на само четири гена, Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc, така наречените фактори на Яманака, се индуцира в клетки с предварително определена съдба за няколко седмици [6–8]. В резултат на това епигеномът на тези клетки, „графикът на персонала“ на всички гени, се променя [9]. „Генетичният часовник“ на такава клетка изглежда се връща към 00 часа 00 минути.
Но в случай на борба със стареенето подобно нулиране на ниво цял организъм би било фатално: клетките на кожата, например, биха „забравили“ кои са. Следователно учените индуцираха експресията на факторите Yamanaka при мишки с прогерия само за няколко дни. В резултат на това много органи са значително подмладени. Под микроскоп тъканите на кожата, далака, бъбреците и стомаха просто излъчваха младост и здраве. Освен това гризачите са подобрили функционирането на сърдечно-съдовата система, която обикновено се износва първа с възрастта. Процесът на натрупване на увреждане на ДНК, който съпътства прогерията, се забави и старите мишки започнаха да живеят до 24 седмици вместо предписаните от съдбата 18.
Тази работа доказа, че чрез борба със свързаните с възрастта промени в епигенетичната информация е възможно не само да се увеличи продължителността на живота, но и системно да се подобрят много органи.
За съжаление, технологиите, използвани в това изследване, не могат да бъдат приложени веднага върху хора и клиничните изпитвания на потенциални лекарства за напреднала възраст според учените трябва да отнеме поне 10 години. Въпреки това идеята, че ще можем да опитаме първата реколта от „подмладяващи ябълки“ през живота си,радва се безкрайно.
Биомолекула: Сенилни капризи на природата: защо хората спират да стареят, а мишките нямат време да живеят;
Николай П. Кандул, Тинг Джан, Брус А. Хей, Минг Гуо. (2016). Селективно премахване на носеща делеция митохондриална ДНК в хетероплазмена Drosophila. NatComms. 7, 13100;
Биомолекула: Автофагия, протофагия и други;
Биомолекула: Нобелова награда за медицина и физиология 2016: за самокритика;
Алехандро Окампо, Прадип Реди, Палома Мартинес-Редондо, Аида Платеро-Луенго, Фумиюки Хатанака, Томоаки Хишида и др. (2016). In vivo подобряване на свързаните с възрастта белези чрез частично препрограмиране. клетка. 167, 1719-1733.e12;
Биомолекула: Имаше проста клетка, тя стана стволова клетка;
Биомолекула: Стъбло и клони: стволови клетки;
Биомолекула: Нобелова награда за физиология или медицина (2012): индуцирани стволови клетки;
Биомолекула: Епигенетика: невидимият командир на генома.