Совет против старения от одноклеточных существ: улучшайте содержание белков

Sulfolobus archaea

Археи – это одноклеточные организмы, которые похожи на бактерии, но также обладают уникальными характеристиками высших организмов. Сульфолобус-экстремофил, обитает в горячих источниках в кислой и богатой серой среде. Он достигает оптимального роста при температуре выше 80 градусов Цельсия.

Микробы, обитающие в горячих и гидротермальных источниках, давно очаровывают ученых своей способностью выживать при температурах, превышающих 100°C. Эти “экстремофилы” представляют интерес по другой причине: они могут дать ключ к долголетию гораздо более сложных существ, включая людей.

Исследователи обнаружили, что генетическая мутация, которая удерживает белковый механизм этих крошечных организмов от ошибок, может увеличить продолжительность жизни мух, червей и дрожжей, созданных с тем же изменением в ДНК. Это открытие предполагает, что ошибки в синтезе белка могут быть важной движущей силой старения и целью будущих лекарств, способствующих эти процессы прогнозировать.

Исследование представляет собой сдвиг парадигмы в том, как мы думаем о причинах старения, – говорит Вера Горбунова, молекулярный биолог из Университета Рочестера, которая не участвовала в исследовании. Это улучшает наше понимание того, что важно для увеличения продолжительности жизни.

Многие исследования причин старения и болезней сосредоточены на накоплении мутаций в генах – схемах клеточных белков и других молекул. Гораздо меньше людей обращали внимание на сбои в генетическом коде, которые могли привести к созданию дефектных белков, говорит Ивана Бидова, биолог из Университетского колледжа Лондона, возглавлявшая новую работу.

Ключом к трансляции является рибосома, клеточный механизм, который использует инструкции ДНК для сборки аминокислот в белки. Когда рибосома совершает ошибку, образующиеся белки могут работать неправильно, прилипать к другим белкам и иногда вызывать повреждение клеток. Неправильно свернутые или агрегированные белки вызывают болезнь Альцгеймера, Паркинсона и другие. Клетки обычно находят и удаляют дефектные белки, но этот процесс поддержания нарушается с возрастом.

Так может ли меньшее количество ошибок в органелле увеличить срок продолжительности жизни? До настоящего исследования не было никаких доказательств того, что можно было взять животное, повысить точность сборки аминокислот в белок и продлить его жизнь, – говорит Горбунова.

Бидоу и ее команда исследовали часть рибосомы, которая, как известно, имеет решающее значение для точного перевода в белок под названием RPS23. Проанализировав генетические данные различных видов на протяжении всего древа жизни от коров до кишечных микробов, исследователи обнаружили одну и ту же аминокислоту в ключевом положении в этом рибосомном белке. Но было и исключение: у некоторых видов одноклеточных организмов, называемых археями, которые процветают в чрезвычайно жаркой и кислой среде, произошла мутация, в результате которой эта аминокислота была заменена другой.

Любопытствуя о последствиях этой мутации, исследователи использовали редактор генов CRISPR, чтобы заменить его генами RPS23 дрожжей, плодовых мух и крошечного круглого червя Caenorhabditis elegans. Организмы с мутацией имели меньше ошибок синтеза белка, чем немодифицированные контрольные группы. Все три типа организмов также могут выживать при более высоких температурах.

Наиболее поразительно, что дрожжевые клетки, мухи и черви жили на 9-23% дольше, сообщила сегодня команда в журнале “Клеточный метаболизм”. Мутанты также казались более здоровыми с возрастом: по сравнению с контрольными аналогами, старые мухи с мутацией были лучше способны лазать, а старые модифицированные черви производили больше потомства.

По словам Вадима Гладышева, молекулярного биолога из Гарвардской медицинской школы, улучшение синтеза белка всего одной мутацией и увеличение продолжительности жизни является приятным сюрпризом. В исследовании, посвященном старению и долголетию, он говорит: “Легко ухудшить ситуацию с помощью одной мутации, но гораздо сложнее сделать ее лучше”.

Неясно, как мутация улучшает точность рибосомы, отмечает Филипе Кабрейро, исследователь старения в Лондонском институте медицинских наук Совета по исследованиям и соавтор статьи. У мух и червей генетические изменения, по-видимому, не замедляют общую скорость производства белка, что, как показали предыдущие исследования, само по себе может увеличить продолжительность жизни у некоторых организмов.

Также неясно, если мутация настолько полезна, почему она есть только у определенных видов архей. Одна из возможностей: генетические изменения сопряжены с затратами, которые могут перевесить их преимущества в менее экстремальных условиях. Жаркие условия делают белки более склонными к неправильной укладке, что оказывает дополнительное давление на организм для выработки точных белков, говорит Кабрейро. Он и его коллеги обнаружили, что внесение мутаций в дрожжи, мух и червей задерживает их рост. Это может дорого обойтись, если организму необходимо быстро развиваться, чтобы конкурировать с другими видами за ресурсы.

Более точный синтез “правильных” белков мог бы объяснить эффекты лекарств, которые, как уже известно, продлевают жизнь животных. Исследователи обнаружили, что один из наиболее изученных антибиотиков, рапамицин, уменьшает ошибки синтеза в клетках мух. Но когда мухам и дрожжам с мутацией RPS23 давали рапамицин, они все еще демонстрировали дополнительное увеличение продолжительности жизни, указывая на то, что препарат, вероятно, работает через несколько механизмов, а не только за счет повышения точности синтеза. У червей, с модифицированным геном RPS23, рапамицин не увеличивал продолжительность жизни, что позволяет предположить, что действие препарата отличается от организма к организму.

Рапамицин широко не считается жизнеспособным средством против старения для людей, отчасти из-за потенциальных побочных эффектов, которые могут включать подавление иммунитета и риск инфекций. Но теперь ученые могут быть более мотивированы, чтобы проверить влияние других соединений на точность синтеза белков.

Кабрейро, тем временем, планирует искать дополнительные ключи к долголетию, скрытые в геномах других видов. По его словам, археи Харди указали на одну полезную мутацию, но это не значит, что нет других мутаций, которые могли бы быть еще лучше.

Келли СервикАвтор Келли Сервик

Келли – штатный автор журнала Science

Читайте также: