Снижение координации генов при старении указывает на серьёзное препятствие для долголетия

Хотя все люди переживают сходные возрастные изменения (седина, морщины, общее снижение функций), старение считается результатом клеточного износа из-за накопленных случайных повреждений, таких как генетические мутации или структурные повреждения ДНК.

Как случайный, неорганизованный ущерб, который накапливается по-разному у разных людей и даже в разных клетках одного человека, приводит к одинаковым результатам? Существует несколько теорий, пытающихся разрешить этот парадокс, и они имеют большое значение для нашей способности влиять на процесс старения, улучшая и продлевая жизнь в пожилом возрасте. Потенциал разработки методов лечения старения зависит от понимания его фундаментальных механизмов.

Распространённый подход предполагает, что большинство клеток в организме человека почти не повреждены при старении, в то время как лишь немногие «гнилые яблоки» — небольшая доля нефункционирующих клеток — значительно повреждены. Соответственно, потенциальное лечение старения могло бы включать удаление этих сильно повреждённых клеток.

Около 15 лет назад профессор Ян Вейдж предложил иной подход. Он предположил, что правильное функционирование биологических тканей может снижаться при старении, потому что многие клетки теряют способность жёстко регулировать работу своих генов. Согласно теории Вейджа, нет отдельных нефункционирующих клеток («гнилых яблок»), но при этом ни одно «яблоко» не остаётся «свежим». Доказательства этой теории до сих пор не были представлены в полной мере.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Metabolism, учёные из Университета Бар-Илан (Израиль) впервые сообщают о доказательствах, подтверждающих теорию Вейджа. Используя новый подход из физики, они разработали вычислительный метод, который количественно оценивает уровень координации между различными генами. С помощью этого метода они измерили активность генов в отдельных клетках и сравнили клетки старых и молодых субъектов, обнаружив ранее не наблюдавшееся явление: старые клетки демонстрировали значительное снижение уровня координации по сравнению с молодыми.

Чтобы проверить универсальность этого явления, они проанализировали данные, собранные в более чем двадцати экспериментах из шести разных лабораторий по всему миру. Во всех случаях они обнаружили снижение уровня координации при старении у разных организмов: человека, мышей и плодовых мушек, а также у разных типов клеток: клеток мозга, гемопоэтических стволовых клеток, клеток поджелудочной железы и других.

«В биологии очень трудно получить согласованные результаты для разных типов клеток, тканей, экспериментов и организмов из-за высокой чувствительности оборудования и условий эксперимента», — говорит доктор Орр Леви из группы ведущего автора исследования доктора Амира Башана с факультета физики Университета Бар-Илан. «Наш метод обнаружил одну и ту же закономерность в более чем 20 наборах данных. Обнаружение свидетельств координации генов было удивительным, но ещё более выдающимся стало открытие, что это свойство координации резко снижается с возрастом», — добавил Гай Амит из команды Башана. В исследовании также участвовали профессор Хаим Коэн и профессор Сол Эфрони из Университета Бар-Илан, а также профессор Ян-Ю Лю и профессор Питер Кастадли из Гарвардской медицинской школы.

Исследователи также наблюдали снижение координации в тканях с повышенным уровнем повреждений, что указывает на прямую связь между увеличением уровня повреждений и нарушением координации. Полученные данные подтверждают теорию о том, что при старении накопленные случайные повреждения влияют на регуляторные механизмы и нарушают способность генов к координации (что приводит к общему снижению функции ткани), подобно тому, как оркестр без должной координации между музыкантами разрушает симфонию.

Это исследование окончательно демонстрирует давно предполагавшуюся связь между старением, регуляцией генов и соматическими повреждениями. Результаты открывают новые направления исследований с практическими последствиями. Если одинаковое снижение координации между генами действительно является ведущей причиной явлений старения, возможно, потребуется изменить курс в текущих усилиях по разработке методов лечения старения.