Atklājumi.lv

Pētnieki pavērš atpakaļ peļu novecošanos - vai atklāts jaunības eliksīrs?

Lai saprastu kā apturēt novecošanos, nepieciešams vispirms noskaidrot, kādi tieši bioķīmiskie procesi to izraisa. Viens no pēdējā laikā bieži apspriestiem faktoriem ir hromosomu nekodējošo galu - telomēru - saīsināšanās šūnu dalīšanās reizēs. Kad telomēru resurss izmantots, šūna iet bojā. Tomēr daļa somatisko šūnu pēc piedzimšanas vispār vairāk nedalās līdz organisma mūža beigām, ne visās dzīvnieku šūnās, kas dalās telomēras saīsinās vienādi (dažāds dalīšanās ātrums), un ne vienmēr to garums tieši saistāms ar novecošanās pazīmēm. Izņemot, iespējams, ģenētiski patoloģiskus gadījumus, kad atsevišķu īpatņu telomēras ir ievērojami īsākas nekā lielākajai populācijas daļai, ar to saīsināšanos vien vecuma iestāšanos, šķiet, tomēr nevarēs izskaidrot.

Novecošanos izraisa genomu saziņas traucējumi

Citu versiju par novecošanās biomolekulāro iemeslu žurnāla "Cell" 2013.g. decembra numurā publicētā rakstā sniedz Hārvardas Medicīnas skolas (ASV) un Sidnejas Jaundienvidvelsas universitātes (Austrālija) Nacionālā novecošanās institūta zinātnieki. Viņi atklājuši un eksperimentāli pierādījuši, ka novecošanās procesi ir saistīti ar šūnas kodola un mitohondriju savstarpējo saziņu. Tiklīdz to saziņa pasliktinās, novecošanās paātrinās. Dodot pelēm noteiktu proteīnu, ko dabīgā veidā sintezē cilvēka šūnas, zinātniekiem izdevās vecākām pelēm atjaunot kodola-mitohondriju saziņas tīklu. Pēc tam izpētot šo peļu audu paraugus, izrādījās, ka to bioloģiskie parametri atbilst daudz jaunākiem dzīvniekiem.

"Novecošanās process, ko mēs atklājām, ir kā precēta pāra kopdzīve," līdzībā stāsta pētījuma vecākais autors Dāvids Sinklērs. "Kad pāris ir jauns, to attiecības ir labas un saziņa vedās raiti. Taču, ilgstoši dzīvojot cieši kopā, attiecībās parādās skabargas un cilvēki viens ar otru sāk sazināties mazāk." "Un tāpat, kā ar šādiem pāriem, arī šūnā, atjaunojot saziņu, var atrisināt radušos problēmu."

Mitohondriji ir eikariotu šūnu "enerģijas fabrikas". Uz to membrānām tiek sintezēts adenozīntrifosfāts (ATF), kas ir universāls enerģijas avots organismā notiekošajiem bioloģiskajiem procesiem. Mitohondriji ir neatkarīgas šūnas vienības - organoīdi -, kuriem ir pašiem savs genoms. Jau zināmu laiku tie tikuši uzlūkoti kā viens no būtiskākajiem novecošanās procesā iesaistītajiem bioloģiskajiem aģentiem. Ar laiku mitohondriju darbība pasliktinās, kas, savukārt, saistās ar tādām saslimšanām kā Alcheimera slimība un diabēts.

Pētnieku vairums, pamatojoties uz teoriju, ka ar vecumu saistītie traucējumi ir skaidrojami ar mitohondriālās DNS mutācijām, uzskatīja, ka ne šīs mutācijas, ne arī, attiecīgi, novecošanos praktiski ir neiespējami pavērst atpakaļ.

Veicot pētījumus novecošanās procesā, kas tiek definēts kā pakāpeniska, laika gaitā pieaugoša organisma funkciju pasliktināšanās, Sinklēra komanda pievērsa uzmanību par sirtuīniem sauktai gēnu grupai. Šie gēni ir nepieciešami daudzu svarīgu šūnu līmeņa bioloģisko funkciju nodrošināšanai. Tie ir iesaistīti iekaisuma norisēs, gēnu transkripcijā, apoptozē, novecošanās procesos. Sirtuīni ir svarīgi noturībā pret stresu, organisma darboties spējai barības vielu trūkuma gadījumos, tie kontrolē diennakts ritmus un mitohondriju veidošanos šūnā.

Iepriekšējos pētījumus zinātniekiem bija izdevies noskaidrot, ka vienu no šiem gēniem, SIRT1, aktivizē vīnogās, sarkanajā vīnā un atsevišķos riekstos sastopamais savienojums - resveratrols.

A.Gomesa, Sinklēra laboratorijā strādājoša pēcdoktorantūras pētniece, nolēma izpētīt, kas notiks ar pelēm, kurām izslēgts SIRT1 gēns. Kā jau iepriekš bija paredzēts, šīm pelēm ātri parādījās novecošanās pazīmes, tai skaitā mitohondriālie traucējumi, tomēr pētnieki bija izbrīnīti, ka visi, ar mitohondrijiem saistītie, šūnas kodola sintezētie proteīni bija tādā pašā līmenī kā iepriekš - samazināts daudzums tika konstatēts tikai tām olbaltumvielām, kuras kodēja mitohondriālais genoms. "Šāds rezultāts nesaskanēja ar to, ko varēja sagaidīt, balstoties uz literatūrā teikto," stāsta Gomesa.

Meklējot novērotās neatbilstības iemeslu, Gomesa ar kolēģiem atklāja jaunu, iepriekš nezināmu, sarežģītu norišu signālkaskādi, kas sākas ar ķīmisku savienojumu, kas nosaukts par NAD (nikotinamīda adenīna dinukleotīds) un beidzas ar īpašu molekulu, kas nodrošina saziņu starp šūnas kodola un mitohondriālo DNS. Šūnas saglabā jaunību tik ilgi, kamēr šī saziņa noris plūstoši un raiti. SIRT1 loma, izrādās, ir starpniecība. Tas darbojas kā miesassargs, kas nodrošina, lai cita, par HIF-1 saukta viela nevarētu traucēt saziņu.

Tomēr ar laiku, organismam novecojot, pagaidām nezināmu iemeslu dēļ ķēdes pirmā posma - NAD - līmenis krītas un SIRT1 zaudē spējas aizsargāt signālmolekulas, kas ceļo starp šūnas kodola un mitohondriju DNS. Pētnieki novēroja, ka saziņas traucējumi ar laiku samazina šūnas spējas nodrošināt sev nepieciešamo enerģiju un vienlaikus parādās pazīstamās novecošanās un saslimšanu pazīmes.

Lai gan signālķēdes traucējumi izraisa strauju mitohondriju darbības samazināšanos, tomēr citas novecošanās pazīmes parādās vēlāk. Ņemot to vērā, A.Gomesa nolēma izmēģināt, kā peļu organismi reaģēs, ja tām tiks dota dabīga, šūnās sintezēta NAD priekštečviela. Izrādījās, ka saņemot šo vielu kopā ar dzeramo ūdeni, peles ātri spēja atjaunot šūnu saziņu ar mitohondrijiem un atjaunot enerģijas ražošanu iepriekšējā apjomā. Ja savienojums tika sākts dot pietiekami ātri, pirms vēl nebija notikušas neatgriezeniskas mitohondriālās DNS mutācijas, pētniekiem pat izdevās panākt, ka dažas no novecošanās pazīmēm, kas jau bija sākušas izpausties, izzuda.

Pēc tam, kad divus gadus vecām pelēm vienu nedēļu bija dota NAD priekštečviela, biologi izpētīja šo dzīvnieku audus, tajos meklējot indikatorus tādiem traucējumiem kā insulīna rezistence, iekaisums un muskuļu distrofija. Visos gadījumos, lai cik tas nebūtu pārsteidzoši, divgadīgo dzīvnieku audu stāvoklis bija atbilstošs sešu mēnešu vecumam. Pārnesot to cilvēka gados, tas nozīmētu, ka 60 gadu veca indivīda ķermenis daļēji atgriezies 20 gadu vecumā.

Saikne ar vēzi

Nozīmīgākā molekula jaunatklātajā signālķēdē ir HIF-1. Šis proteīns nav tikai saziņas traucētājs. Parasti tā aktivizējas, kad ķermenim sāk trūkt skābeklis vai arī gadījumos, kad organismā izveidojies audzējs. Vēža šūnas aktivizē HIF-1 un pakļauj tās darbību savām vajadzībām. Kādām tieši - tas pašlaik tiek pētīts.

"No tiesas tas ir būtiski, ka mēs esam atklājuši, ka molekula, kas aktivizējas vēža gadījumos, kļūst aktīva arī novecošanās procesos," stāsta Gomesa. "Šobrīd mēs sākam apjaust, ka ar vēzi saistītās fizioloģiskās norises ir līdzīgas tām, kas vērojamas novecošanā. Iespējams, ar to var izskaidrot, kāpēc vēža risks pieaug līdz ar gadiem."

"Mums vēl daudz kas ir jāpārbauda," stāsta Sinklērs, "bet, ja rezultāti, ko esam ieguvuši, būs paliekoši, iespējams, laicīgi uzsākot terapiju, mēs varēsim pavērst atpakaļ noteiktus novecošanās aspektus arī cilvēkiem."

Pašlaik pētnieki pārbauda kā NAD priekštečvielas administrēšana peles ietekmē ilgtermiņā un, vai tās lietošana var pagarināt dzīvnieku mūža ilgumu. Tāpat viņi pēta, vai savienojums var tikt izmantots retu mitohondriālo traucējumu un arī tādu biežāk sastopamu saslimšanu kā 1. un 2. tipa diabēts ārstēšanā.

Avots:

Ana P. Gomes, Nathan L. Price, Alvin J.Y. Ling, Javid J. Moslehi, Magdalene K. Montgomery, Luis Rajman, James P. White, João S. Teodoro, Christiane D. Wrann, Basil P. Hubbard, Evi M. Mercken, Carlos M. Palmeira, Rafael de Cabo, Anabela P. Rolo, Nigel Turner, Eric L. Bell, David A. Sinclair. Declining NAD Induces a Pseudohypoxic State Disrupting Nuclear-Mitochondrial Communication during Aging. Cell, 2013; 155 (7): 1624 DOI: 10.1016/j.cell.2013.11.037

Brīvpieejas materiāls. Pārpublicēt atļauts tikai ievērojot ŠOS NOTEIKUMUS.