Człowiek, szczur, mysz i makak starzeją się w zaskakująco podobny sposób
Myszy, szczury, makaki i ludzie starzeją się w zaskakująco podobny sposób. Na łamach Nature ukazały się wyniki niezwykle interesujących badań, z których wynika, że możliwe jest bardzo precyzyjne określenie wieku biologicznego komórki oraz obliczenie przewidywanego czasu śmierci.
Zespół naukowców pod kierownictwem Aleksandra Tyshkovskiego i Vadima Gladysheva z Uniwersytetu Harvarda przeanalizował ponad 11 tysięcy próbek transkryptomicznych – odczytów aktywności genów – pobranych z ponad 25 różnych tkanek czterech gatunków ssaków: myszy, szczura, makaka krabożernego i człowieka. Celem było stworzenie molekularnego zegara śmiertelności czyli precyzyjnego narzędzia, które na podstawie wzorców aktywności genów potrafiłoby ocenić nie tylko wiek biologiczny organizmu, ale i rzeczywiste ryzyko zgonu.
Każda komórka naszego ciała zawiera to samo DNA, ale nie wszystkie geny są w niej aktywne jednocześnie. Transkryptom to zapis tego, które geny są w danej chwili aktywne – produkują białka i napędzają procesy życiowe. Wraz z wiekiem ten zapis się zmienia: jedne geny się aktywują, inne milkną. Dotychczas sądzono, że zmiany te są różne u różnych gatunków i trudno je porównywać.
Okazało się jednak, że na poziomie transkryptomu wzorce starzenia się są zaskakująco podobne u wszystkich badanych gatunków. Konkretne geny – na przykład CDKN1A oraz LGALS3 – zmieniały swoją aktywność w podobny sposób. To mocny dowód, że pewne mechanizmy starzenia są głęboko zakorzenione w biologii ssaków i różne drogi ewolucyjne tego nie zmieniły.
Jednym z najważniejszych odkryć jest spostrzeżenie, że starzenie nie jest monolitem. Działa jak system złożony z oddzielnych, ale powiązanych modułów. Naukowcy wyróżnili co najmniej pięć takich modułów: stan zapalny, sygnalizacja interferonów, funkcja mitochondriów, modyfikacje chromatyny oraz organizacja macierzy zewnątrzkomórkowej.
Różne choroby i interwencje medyczne działają wybiórczo na poszczególne moduły. Choroby przewlekłe – cukrzyca, miażdżyca, schorzenia nerek – przyspieszają głównie moduł zapalny. Natomiast restrykcja kaloryczna (ograniczenie spożycia kalorii bez niedożywienia) oraz niedobór białka Klotho działają przede wszystkim na moduły mitochondrialne i metaboliczne. Podsystemy te nie starzeją się jednocześnie, można selektywnie hamować starzenie jednego, nie dotykając innych.
Stworzony model – transkryptomiczny zegar śmiertelności – okazał się niezwykle trafny. W testach na zbiorach danych, z którymi model nie miał do czynienia podczas uczenia się, korelacja między przewidywanym a rzeczywistym wiekiem biologicznym wynosiła ponad 0,95 (1 to idealne dopasowanie). Zegar potrafił też przewidywać czas do śmierci u ludzi z dokładnością porównywalną do najlepszych epigenetycznych zegarów DNA, które były do tej pory złotym standardem w badaniach nad starzeniem.
Co więcej, narzędzie wykazało czułość na interwencje przedłużające życie – takie jak rapamycyna, akarboza czy 17α-estradiol – które stosowane u myszy faktycznie spowalniały biologiczny zegar. Zegary oparte wyłącznie na wieku kalendarzowym tego nie wykrywały.
Fascynującym wątkiem badania jest odkrycie, że pewne procesy potrafią cofnąć wskazówki molekularnego zegara. Reprogramowanie komórkowe (technika zamieniająca komórki dorosłe w stan zbliżony do komórek macierzystych), parabioza heterochroniczna (chirurgiczne połączenie układów krwionośnych młodego i starego osobnika) oraz wczesna embriogeneza – wszystkie te zjawiska wyraźnie obniżały sygnaturę śmiertelności w transkryptomie. To potwierdza, że biologiczne starzenie nie jest procesem wyłącznie jednokierunkowym.
Badanie ma bezpośrednie implikacje kliniczne. Zamiast czekać latami na wyniki prób klinicznych, naukowcy mogliby śledzić efekty terapii przeciwstarzeniowych na poziomie molekularnym – szybko, precyzyjnie i z wyraźnym biologicznym uzasadnieniem. Modułowe zegary mogłyby też pomóc dobierać terapie indywidualnie: pacjentowi, którego moduł zapalny starzeje się szybciej niż mitochondrialny, przyda się inne leczenie niż temu, u kogo sytuacja jest odwrotna.
Komentarze (0)