Суть этого открытия заключается в серии молекулярных событий, которые обеспечивают связь внутри клетки между ядром и митохондриями. Когда общение прерывается, старение ускоряется. Путем введения молекулы, естественным образом производимой человеческим телом, ученые восстановили коммуникационную сеть у старых мышей. Последующие образцы тканей показали ключевые биологические признаки, которые были сопоставимы с таковыми у гораздо более молодых животных.
«Процесс старения, который мы обнаружили, похож на супружескую пару — когда они молоды, они хорошо общаются, но со временем, живя в тесноте в течение многих лет, общение разрывается», — сказал профессор генетики Гарвардской медицинской школы Дэвид Синклер, старший автор исследования. "И, как и в случае с парой, восстановление общения решило проблему."
Это исследование было совместным проектом Гарвардской медицинской школы, Национального института старения и Университета Нового Южного Уэльса, Сидней, Австралия, где Синклер также занимает должность.
Результаты опубликованы дек.
19 в ячейке.
Отсутствие взаимопонимания
Митохондрии часто называют «электростанцией» клетки, вырабатывающей химическую энергию для выполнения основных биологических функций. Эти автономные органеллы, которые живут внутри наших клеток и содержат свои собственные небольшие геномы, долгое время считались ключевыми биологическими игроками в процессе старения. По мере того, как со временем они становятся все более и более дисфункциональными, постепенно возникают многие возрастные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и диабет.
Исследователи в целом скептически относились к идее о том, что старение можно обратить вспять, в основном из-за преобладающей теории о том, что возрастные заболевания являются результатом мутаций в митохондриальной ДНК, а мутации не могут быть обращены вспять.
Синклер и его группа в течение многих лет изучали фундаментальную науку о старении, которая в широком смысле определяется как постепенное снижение функции со временем, уделяя основное внимание группе генов, называемых сиртуинами. Предыдущие исследования в его лаборатории показали, что один из этих генов, SIRT1, был активирован ресвератролом, который содержится в винограде, красном вине и некоторых орехах.
Ана Гомес, научный сотрудник лаборатории Синклера, изучала мышей, у которых был удален ген SIRT1.
Хотя они точно предсказали, что у этих мышей будут признаки старения, включая митохондриальную дисфункцию, исследователи были удивлены, обнаружив, что большинство митохондриальных белков, поступающих из ядра клетки, находятся на нормальном уровне; только те, которые кодируются митохондриальным геномом, были уменьшены.
"Это противоречило тому, что предлагалось в литературе", — сказал Гомес.
Когда Гомес и ее коллеги исследовали возможные причины этого, они обнаружили сложный каскад событий, который начинается с химического вещества, называемого НАД, и заканчивается ключевой молекулой, которая передает информацию и координирует действия между ядерным геномом клетки и митохондриальным геномом.
Клетки остаются здоровыми, пока координация между геномами остается неизменной. Роль SIRT1 — посредник, сродни охраннику; он гарантирует, что вредная молекула под названием HIF-1 не мешает общению.
По до сих пор неясным причинам с возрастом уровни начального химического НАД снижаются.
Без достаточного количества NAD SIRT1 теряет способность следить за HIF-1. Уровни HIF-1 повышаются и начинают наносить ущерб гладкой межгеномной коммуникации. Со временем, как выяснила группа исследователей, эта потеря связи снижает способность клеток вырабатывать энергию, и признаки старения и болезней становятся очевидными.
«Этот конкретный компонент процесса старения никогда раньше не описывался», — сказал Гомес.
В то время как нарушение этого процесса вызывает быстрое снижение функции митохондрий, другие признаки старения проявляются дольше. Гомес обнаружила, что, вводя эндогенное соединение, которое клетки превращают в НАД, она может восстановить нарушенную сеть и быстро восстановить связь и функцию митохондрий. Если соединение было введено достаточно рано — до чрезмерного накопления мутаций — в течение нескольких дней, некоторые аспекты процесса старения могут быть обращены вспять.
Связь с раком
Изучая мышцы двухлетних мышей, которым давали соединение, продуцирующее НАД всего на одну неделю, исследователи искали индикаторы инсулинорезистентности, воспаления и истощения мышц.
Во всех трех случаях ткань мышей напоминала ткань шестимесячных мышей. В человеческие годы это было бы похоже на обращение 60-летнего в 20-летнего в этих конкретных областях.
Одним из особенно важных аспектов этого открытия является HIF-1.
HIF-1 — это не просто навязчивая молекула, мешающая общению, он обычно включается, когда организм лишается кислорода. В противном случае он молчит.
Однако известно, что рак активирует и захватывает HIF-1. Исследователи изучали точную роль HIF-1 в росте рака.
«Несомненно, важно обнаружить, что молекула, которая включается при многих раковых заболеваниях, также включается во время старения», — сказал Гомес. "Сейчас мы начинаем понимать, что физиология рака в определенном смысле похожа на физиологию старения. Возможно, это может объяснить, почему наибольший риск рака связан с возрастом. "
«Здесь явно предстоит проделать гораздо больше работы, но если эти результаты подтвердятся, то многие аспекты старения могут стать обратимыми, если их выявить на ранней стадии», — сказал Синклер.
В настоящее время исследователи изучают долгосрочные результаты действия соединения, продуцирующего НАД, у мышей и его влияние на мышь в целом. Они также изучают, можно ли использовать это соединение для безопасного лечения редких митохондриальных заболеваний или более распространенных заболеваний, таких как диабет 1 и 2 типа.
В более долгосрочной перспективе Синклер планирует проверить, может ли соединение обеспечить мышам более здоровую и долгую жизнь.