Исследователи обнаружили причину старения у млекопитающих, которая может быть обратимой: серия молекулярных событий, обеспечивающих внутриклеточную коммуникацию между ядром и митохондриями.

По мере нарушения коммуникации старение ускоряется. Вводя молекулу, естественным образом вырабатываемую в организме человека, ученые смогли восстановить коммуникационную сеть у старых мышей. Образцы тканей, взятые после этого, показали ключевые биологические признаки, сходные с признаками гораздо более молодых животных.

«Процесс старения, который мы обнаружили, похож на супружескую пару: когда они молоды, они хорошо общаются, но со временем, после многих лет совместной жизни, коммуникация нарушается», – сказал профессор генетики Гарвардской медицинской школы Дэвид Синклер, старший автор исследования. «И, как и в случае с парой, восстановление коммуникации решило проблему».

Это исследование было совместным проектом Гарвардской медицинской школы, Национального института старения (NIA) и Университета Нового Южного Уэльса, Сидней, Австралия, где Синклер также занимает должность.

Сбой в коммуникации

Митохондрии часто называют «электростанцией» клетки, производящей химическую энергию для выполнения жизненно важных биологических функций. Эти самосознательные органеллы, живущие внутри наших клеток и содержащие собственные небольшие геномы, давно признаны ключевыми биологическими игроками в старении.

Но по мере того, как они становятся менее эффективными с течением времени, постепенно развиваются многие возрастные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и диабет.

Исследователи обычно скептически относились к идее обратимости старения, в основном из-за преобладающей теории о том, что возрастные заболевания являются результатом мутаций в митохондриальной ДНК – а мутации необратимы.

Синклер и его группа в течение многих лет изучали фундаментальную науку о старении – широко определяемую как постепенное снижение функции с течением времени – уделяя особое внимание группе генов, называемых сиртуинами (sirtuins). Предыдущие исследования его лаборатории показали, что один из этих генов, SIRT1, активируется соединением ресвератролом, содержащимся в винограде, красном вине и некоторых орехах.

Анна Гомес, постдокторант в лаборатории Синклера, изучала мышей, у которых был удален ген SIRT1. Хотя они точно предсказали, что у этих мышей будут проявляться признаки старения, включая дисфункцию митохондрий, исследователи были удивлены, обнаружив, что большинство митохондриальных белков, поступающих из ядра клетки, были на нормальном уровне; уменьшились только те, которые кодируются митохондриальным геномом.
«Это противоречило тому, что предлагала литература», – сказала Гомес.

Обращение старения путем восстановления NAD

По мере того как Гомес и ее коллеги исследовали возможные причины этого, они обнаружили сложную цепочку событий, начинающуюся с химического вещества под названием NAD и заканчивающуюся ключевой молекулой, которая передает информацию и генерирует активность между ядерным геномом клетки и митохондриальным геномом. Клетки остаются здоровыми, пока координация между геномами остается непрерывной. Роль SIRT1 заключается в том, чтобы быть посредником, похожим на охранника; он гарантирует, что мешающая молекула под названием HIF-1 не нарушит коммуникацию.

По причинам, которые до сих пор неясны, с возрастом уровни исходного химического вещества NAD снижаются. Без достаточного количества NAD SIRT1 теряет способность отслеживать HIF-1. Уровни HIF-1 повышаются и начинают наносить ущерб плавной коммуникации между геномами. Со временем, как обнаружила исследовательская группа, эта потеря коммуникации снижает способность клетки производить энергию, и признаки старения и заболеваний становятся очевидными.

«Этот компонент процесса старения никогда ранее не описывался», – сказала Гомес.

В то время как коллапс этого процесса вызывает быстрое снижение функции митохондрий, другие признаки старения проявляются дольше. Гомес обнаружила, что, вводя эндогенное соединение, которое клетки превращают в NAD, она может восстановить нарушенную сеть и быстро восстановить коммуникацию и функцию митохондрий. Если соединение вводилось достаточно рано – до накопления чрезмерных мутаций – в течение нескольких дней можно было обратить вспять некоторые аспекты процесса старения.

Связь между HIF-1, старением и раком

При исследовании мышц двухлетних мышей, получавших соединение, производящее NAD, в течение всего одной недели, исследователи искали индикаторы резистентности к инсулину, воспаления и атрофии мышц. Во всех трех случаях ткань мышей напоминала ткань шестимесячных мышей. В человеческих годах это было бы похоже на то, как если бы 60-летний человек стал 20-летним в этих конкретных областях.

Особенно важный аспект этого открытия связан с HIF-1. Помимо того, что это инвазивная молекула, нарушающая коммуникацию, HIF-1 обычно активируется, когда организм лишен кислорода. В противном случае он остается в спящем состоянии. Однако известно, что рак активирует и захватывает HIF-1. Исследователи все еще изучают точную роль, которую HIF-1 играет в росте рака.

«Очень важно обнаружить, что молекула, активируемая при многих типах рака, также активируется во время старения», – сказала Гомес. «Мы начинаем видеть, что физиология рака в некоторых отношениях похожа на физиологию старения. Возможно, это может объяснить, почему самый большой фактор риска рака – это возраст».

«Очевидно, здесь еще много работы, но если эти результаты подтвердятся, то некоторые аспекты старения могут быть обратимыми, если их выявить на ранней стадии», – сказал Синклер.

Исследователи сейчас изучают долгосрочные результаты соединения, производящего NAD, у мышей и то, как оно влияет на мышь в целом. Они также проверяют, можно ли использовать соединение для безопасного лечения редких митохондриальных заболеваний или более распространенных заболеваний, таких как диабет 1 и 2 типа. В долгосрочной перспективе Синклер планирует проверить, даст ли соединение мышам более здоровую и долгую жизнь.

Финансирование исследования

Лаборатория Синклера финансируется Национальным институтом старения (NIA/NIH), Фондом Гленна по медицинским исследованиям, Американским фондом исследований старения, Ellison Medical Foundation, SENS Research Foundation и Paul F. Glenn Center for Biology of Aging Research.

Возможные последствия для здоровья человека

Новаторское исследование Синклера и его коллег может привести к разработке новых лекарств, способных замедлить или даже обратить вспять процесс старения. Эти лекарства могут помочь в предотвращении или лечении возрастных заболеваний, таких как болезни сердца, диабет, болезнь Альцгеймера и рак.

Однако важно отметить, что исследование все еще находится на ранних стадиях, и необходимы дальнейшие исследования, прежде чем эти открытия можно будет превратить в эффективные методы лечения для людей.

Ссылки::
https://sinclair.hms.harvard.edu/