Исследование раскрывает, как коллапс белковых процессов ведет к старению и смерти

Новое исследование под руководством Университета Стоуни-Брук, которое будет опубликовано в PNAS, представляет биофизическую модель, показывающую, как с возрастом накапливаются повреждения в структурах клеточных белков, что становится триггером смерти. Это открывает путь к лучшему пониманию молекулярных причин возрастных нейродегенеративных заболеваний, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона, которые связаны с повреждением белков.

Молодые клетки поддерживают здоровье благодаря позитивным процессам: синтезу белков, их деградации и правильному фолдингу (шаперонингу). С возрастом усиливаются негативные процессы, снижающие способность белков к фолдингу. Один из таких процессов — окислительное повреждение, на котором сосредоточилась исследовательская группа. Когда негативные процессы начинают преобладать над позитивными, неправильный фолдинг белков становится массовым и наступает гибель клетки.

Команда разработала Модель коллапса протеома, чтобы изучить, как меняется состояние фолдинга протеомов (совокупности всех белков клетки) с повреждениями и возрастом.

Модель была создана на примере червя C. elegans, часто используемого в исследованиях клеточного старения. Ученые протестировали, как на протеостаз — успешный фолдинг, агрегацию и шаперонинг белков — влияет кумулятивное окислительное повреждение.

Их модель объясняет удивительный факт: черви, выращенные при 20 °C, живут 20 дней, а при более высоких температурах или в присутствии свободных радикалов — всего несколько часов. Это сокращение продолжительности жизни согласуется с природой процесса коллапса протеома. Модель также предсказывает кривую выживаемости C. elegans (сколько особей остаются живы в каждом возрасте).

«Эта модель уникальна своей математической детализацией и описанием широкого спектра клеточных процессов во всем протеоме клетки, — поясняет соавтор Кен А. Дилл. — Часто исследования старения фокусируются на эффектах одного-двух белков, а не на поиске общего механизма клеточного старения».

Такой научный подход закладывает основу для дальнейших исследований молекулярных причин возрастных заболеваний, основанных на процессах неправильного фолдинга белков.