Badanie przeprowadzone na modelu C. elegans pokazuje, że równowaga mRNA w komórkach wpływa na długość życia

Dlaczego niektórzy ludzie żyją dłużej niż inni? Geny w naszym DNA są ważne, ponieważ pomagają nam unikać chorób i utrzymywać ogólny stan zdrowia, ale różnice w sekwencji genomu wyjaśniają mniej niż 30% naturalnej zmienności długości życia człowieka.

Badanie skutków starzenia się na poziomie molekularnym może rzucić światło na wahania długości życia, ale zbieranie danych z prędkością, skalą i jakością potrzebną do badania tego u ludzi jest niemożliwe. Dlatego naukowcy zwracają się ku robakom (Caenorhabditis elegans). Ludzie mają wiele biologicznych podobieństw do tych małych stworzeń, które również mają duże naturalne wahania długości życia.

Naukowcy z Centre for Genomic Regulation (CRG) monitorowali tysiące genetycznie identycznych robaków w kontrolowanym środowisku. Nawet gdy dieta, temperatura i narażenie na drapieżniki i patogeny były takie same dla wszystkich robaków, wiele z nich nadal żyło dłużej lub krócej niż przeciętnie.

Badanie wykazało, że przyczyną tej zmienności są zmiany w poziomach mRNA w komórkach linii zarodkowej (komórkach zaangażowanych w reprodukcję) i komórkach somatycznych (komórkach tworzących ciało). Równowaga mRNA między tymi dwoma typami komórek ulega z czasem zaburzeniu lub „rozłączeniu”, powodując, że niektóre osoby starzeją się szybciej niż inne. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Cell.

Badanie wykazało również, że zakres i szybkość procesu rozdzielania są regulowane przez grupę co najmniej 40 różnych genów. Geny te odgrywają wiele różnych ról w organizmie, od metabolizmu po układ neuroendokrynny. Jednak badanie to jest pierwszym, które pokazuje, że wszystkie one oddziałują na siebie, powodując, że niektóre osoby żyją dłużej niż inne.

Wyłączenie niektórych genów wydłużyło życie robaków, podczas gdy wyłączenie innych je skróciło. Wyniki te sugerują zaskakującą możliwość: naturalne różnice w starzeniu się u robaków mogą odzwierciedlać losowość w aktywności wielu różnych genów, co sprawia, że wydaje się, że osobniki zostały poddane wyłączeniu wielu różnych genów.

„To, czy robak przeżyje 8 czy 20 dni, zależy od pozornie losowych różnic w aktywności tych genów. Niektóre robaki wydają się mieć po prostu szczęście, ponieważ mają odpowiedni zestaw genów aktywowanych we właściwym czasie” — mówi dr Matthias Eder, pierwszy autor artykułu i badacz w Centre for Genomic Regulation.

Usunięcie trzech genów — aexr-1, nlp-28 i mak-1 — miało szczególnie drastyczny wpływ na zmienność długości życia, skracając jej zakres z około 8 dni do zaledwie 4. Zamiast wydłużyć życie wszystkich osobników w jednolity sposób, usunięcie dowolnego z tych genów znacznie wydłużyło życie krótko żyjących robaków, podczas gdy długość życia najdłużej żyjących robaków pozostała praktycznie niezmieniona.

Naukowcy zaobserwowali te same efekty w zakresie okresu zdrowia, okresu życia spędzonego w zdrowiu, a nie tylko w życiu fizycznym. Wybicie tylko jednego genu wystarczyło, aby nieproporcjonalnie poprawić zdrowe starzenie się u robaków o niskim okresie zdrowia.

„Nie chodzi o stworzenie nieśmiertelnych robaków, chodzi o uczynienie procesu starzenia bardziej sprawiedliwym niż jest teraz. Zasadniczo robimy to, co robią lekarze – bierzemy robaki, które umarłyby wcześniej niż ich rówieśnicy i sprawiamy, że są zdrowsze, pomagając im żyć bliżej ich maksymalnej potencjalnej długości życia. Ale robimy to, celując w podstawowe biologiczne mechanizmy starzenia, a nie tylko lecząc chore osoby. Zasadniczo sprawia to, że populacja jest bardziej jednolita i żyje dłużej” – powiedział dr Nick Stroustrup, starszy autor badania i kierownik zespołu w Center for Genomic Regulation.

Badanie nie wyjaśnia, dlaczego wyłączenie genów nie wydaje się mieć negatywnego wpływu na zdrowie robaków.

„Kilka genów może oddziaływać na siebie, aby zapewnić wbudowaną redundancję po osiągnięciu pewnego wieku. Może się również zdarzyć, że geny nie są potrzebne osobnikom żyjącym w bezpiecznym, wygodnym środowisku, takim jak laboratorium. W trudnych warunkach dzikiej przyrody geny te mogą być bardziej krytyczne dla przetrwania. To tylko niektóre z teorii roboczych” — mówi dr Eder.

Naukowcy dokonali swoich odkryć, opracowując metodę pomiaru cząsteczek RNA w różnych komórkach i tkankach, łącząc ją z „Lifespan Machine”, urządzeniem, które śledzi całe życie tysięcy nicieni naraz. Robaki żyją w szalce Petriego wewnątrz maszyny, pod okiem skanera.

Urządzenie filmuje nicienie raz na godzinę, zbierając mnóstwo danych na temat ich zachowania. Naukowcy planują stworzyć podobną maszynę, aby badać molekularne przyczyny starzenia się u myszy, których biologia bardziej przypomina biologię człowieka.