Vyladěním několika klíčových genů v DNA škrkavky vědci prodloužili životnost zvířete asi o 500%.
To je obrovský skok v životě: Průměrný škrkavka žije asi tři až čtyři týdny. Když však nezatěžují dva specifické geny - DAF-2 a RSKS-1 - stvoření mohou přežít několik měsíců.
Vědci spojili tyto geny s lety dlouhověkosti a zaznamenali prodloužení délky života červů a jiných tvorů, když jsou tyto geny vypnuty. Přesná role genů v procesu stárnutí však zůstala záhadou.
Nyní vědci spojili tečky mezi těmito dvěma geny a mitochondrií, malými elektrárnami, které podporují funkci buněčných buněk v těle. Mitochondrie začínají selhávat, jak organismus stárne, ale zdá se, že umlčení DAF-2 a RSKS-1 toto poškození oddaluje a prodlužuje životnost - alespoň u škrků, podle studie zveřejněné v roce 2019 v časopise Cell Press.
Pouze čas ukáže, zda lék proti stárnutí by mohl fungovat u savců, včetně lidí.
Domino efekt
Vědci si poprvé uvědomili souvislost mezi DAF-2 a stárnutím na počátku 90. let, kdy výzkumný tým zjistil, že škrkavky žijí dvakrát tak dlouho, než je obvyklé, když mají mutovanou verzi genu. Nález skokem zahájil novou éru studia stárnutí, která byla řízena geny a jejich vedlejšími produkty.
"Bylo to jako měnič her v oboru ... protože lidé začali věřit, že jediný gen může prodloužit životnost," řekl spoluautor Pankaj Kapahi, profesor Buck Institute for Researching Aging v Novato v Kalifornii. .
V průběhu času výzkumné skupiny odkryly více genů s dlouhou životností, včetně RSKS-1, ale rostoucí důkazy naznačovaly, že tyto speciální segmenty genetického kódu nefungují izolovaně. Místo toho koordinují s týmem dalších genů a proteinů, které pomáhají budovat, a spouštějí kaskády buněčné aktivity známé jako "signální dráhy". Představte si signální dráhy jako řady dominos - když se jeden domino svrhne, spadne do jiného a spustí složitou řetězovou reakci.
DAF-2 a RSKS-1 sedí v důležité signální cestě, v tomto pořadí: inzulinová signální cesta, která pomáhá řídit hladinu krevního cukru a metabolismus, a cesta TOR, která mění, jak buňky vytvářejí proteiny, a tedy jak rostou a proliferují. Ale jak se tyto cesty protínají ve stárnoucím organismu, není známo, řekl Kapahi.
Aby odhalili, odkud tento anti-aging efekt pochází, Kapahi a jeho kolegové špehovali buňky mutantních oblých červů, ve kterých byly oba tyto geny vypnuty. Pomocí techniky zvané „polysomální profilování“ mohl tým sledovat, které proteiny buňky vytvářely v daném okamžiku. Během konstrukce proteinu mohou buňky použít různé mechanismy pro zvýšení produkce konkrétního proteinu nebo pro jeho zpětné vytáčení. Tým zjistil, že v mutantních červech buňky vytvořily mnohem méně kopií proteinu zvaného "cytochrom c" než normální červi.
Zde přicházejí mitochondrie na obrázek:
Cytochrom c se objevuje ve vnitřní membráně mitochondrií a napomáhá průchodu negativně nabitých elektronů skrz její strukturu. Tento přenos elektronů z proteinu na protein umožňuje mitochondriím generovat palivo - ale u mutantních červů se objevuje mezera, kde by měl být cytochrom c. Vzhledem k tomu, že není možné vyrábět palivo tak efektivně, jak by normálně, mitochondrie vytáčí zpět výrobu energie a místo toho se zaměřuje na opravu poškozených tkání.
Jak zásoby energie klesají, enzym snímající palivo nazývaný AMPK se kopí do vysokých kol, což červi pomáhá přecházet na účinnější formu metabolismu energie. Tento složitý řetězec událostí nakonec vede k dlouhotrvajícímu škrkavci, jehož buňky zůstávají zdravé a do vysokého věku bez poškození.
"Proteiny se s věkem poškozují a vidíte menší poškození těchto cest," řekl Kapahi. Výzkum navíc naznačuje, že některé tkáně, jako jsou tkáně ve svalech a mozku, mohou dokonce růst zdravější, pokud tyto cesty zůstanou potlačené, dodal.
Od červů k lidem
Celkově mutantní červi navrátili produkci bílkovin a energie ve prospěch opravy svých stárnoucích buněk. Konkrétně se zdá, že klíčem k tomuto procesu je nedostatek cytochromu c v reprodukčních buňkách zvířat. Je možné, že červi pozastavili procesy související s reprodukcí v režimu nízké spotřeby, uvedli.
Organismy reagují podobně, když jsou tlačeny do režimu hladovění - bez dostatečné výživy říkají buněčné signály tělu, aby si připravilo produkci potomstva na „časový limit“, řekl Kapahi. Tato myšlenka je rovněž podporována studiem starých škrkavek z 90. let; V této studii žili mutantní červi dvakrát tak dlouho jako normální červi, ale také produkovali asi o 20% méně potomků.
Zdá se, že stárnutí škrkavky není zdaleka pasivním procesem, ale zahrnuje chaotický spleť biologických drah, které spolupracují při regulaci metabolismu, konstrukce bílkovin a potenciální reprodukce. Přestože podobné cesty existují u lidí, vědci stále nevědí, zda stárnutí funguje stejným způsobem v obou organismech, řekl Kapahi. Stárnutí u lidí může být složitější.
„Zachování není absolutní a existují významné rozdíly v těchto cestách mezi červy a savci,“ řekl Dr. Joseph Avruch, profesor medicíny na Harvardské lékařské fakultě a vedoucí oddělení pro cukrovku v Massachusetts General Hospital, e-mailem Live Science.
Zdá se, že zatímco potlačování signalizace v inzulínových a TOR drahách prodlužuje životnost červů, není jasné, zda by lidé měli stejnou odpověď.
„Pokud zde identifikovaná genová síť… funguje podobně u savců, pak jsou farmakologické intervence proveditelné,“ řekl Avruch. Jinými slovy, pokusy proti stárnutí, které byly nejprve provedeny u červů, musí být replikovány u savců, než kdokoli bude vědět, zda by mohli fungovat u lidí.
Cesty zapojené do procesu stárnutí „mohou být pro červa velmi specifické,“ řekl Kapahi. "Ale nikdy nebudeme vědět, jestli si tyto otázky neptáme."
