Дослідники виявили причину старіння у ссавців, яка може бути оборотною: серія молекулярних подій, що забезпечують внутрішньоклітинну комунікацію між ядром і мітохондріями.

У міру порушення комунікації старіння прискорюється. Вводячи молекулу, яка природним чином виробляється в організмі людини, вчені змогли відновити комунікаційну мережу у старих мишей. Зразки тканин, взяті пізніше, показали основні біологічні ознаки, подібні до тих, що спостерігаються у значно молодших тварин.

"Процес старіння, який ми виявили, схожий на подружню пару: коли вони молоді, вони добре спілкуються, але з часом, після багатьох років спільного життя, комунікація порушується", – сказав професор генетики Гарвардської медичної школи Девід Сінклер, старший автор дослідження. "І, як і у випадку з парою, відновлення комунікації вирішило проблему."

Це дослідження було спільним проектом Гарвардської медичної школи, Національного інституту старіння (NIA) та Університету Нового Південного Уельсу, Сідней, Австралія, де Сінклер також має посаду.

Збій у комунікації

Мітохондрії часто називають "електростанцією" клітини, яка виробляє хімічну енергію для виконання життєво важливих біологічних функцій. Ці органели, які мають власну свідомість, живуть всередині наших клітин і містять власні невеликі геноми, давно визнані ключовими біологічними гравцями у старінні.

Але в міру того, як вони з часом стають менш ефективними, поступово розвиваються багато вікових захворювань, таких як хвороба Альцгеймера та діабет.

Дослідники зазвичай скептично ставилися до ідеї, що старіння можна звернути назад, головним чином через поширену теорію, що вікові захворювання є результатом мутацій у мітохондріальній ДНК – а мутації незворотні.

Сінклер та його група протягом багатьох років вивчали фундаментальну науку старіння – широко визначену як поступове зниження функцій з часом – зосереджуючись головним чином на групі генів, які називаються сиртуїнами (sirtuins). Попередні дослідження з його лабораторії показали, що один із цих генів, SIRT1, активується сполукою ресвератролом, яка міститься у винограді, червоному вині та деяких горіхах.

Анна Гомес, постдокторант у лабораторії Сінклера, досліджувала мишей, у яких було видалено ген SIRT1. Хоча точно передбачалося, що ці миші матимуть ознаки старіння, включаючи дисфункцію мітохондрій, дослідники були здивовані, виявивши, що більшість мітохондріальних білків, які надходять із ядра клітини, були на нормальному рівні; лише ті, що кодуються мітохондріальним геномом, зменшилися.
"Це суперечило тому, що пропонувала література", – сказала Гомес.

Зворотне старіння шляхом відновлення NAD

Коли Гомес та її колеги досліджували можливі причини цього, вони виявили складний ланцюг подій, який починається з хімічної речовини під назвою NAD і закінчується ключовою молекулою, яка передає інформацію та генерує активність між ядерним геномом клітини та мітохондріальним геномом. Клітини залишаються здоровими, доки координація між геномами залишається безперебійною. Роль SIRT1 полягає в тому, щоб бути посередником, подібним до охоронця; він гарантує, що проблемна молекула під назвою HIF-1 не заважатиме комунікації.

З причин, які досі не зрозумілі, з віком рівні початкової хімічної речовини NAD знижуються. Без достатньої кількості NAD SIRT1 втрачає здатність стежити за HIF-1. Рівні HIF-1 підвищуються і починають завдавати шкоди плавній комунікації між геномами. З часом, як виявила дослідницька група, ця втрата комунікації знижує здатність клітини виробляти енергію, і ознаки старіння та захворювань стають очевидними.

"Цей компонент процесу старіння ніколи раніше не описувався", – сказала Гомес.

Хоча колапс цього процесу викликає швидке зниження функції мітохондрій, інші ознаки старіння потребують більше часу, щоб проявитися. Гомес виявила, що, вводячи внутрішню сполуку, яку клітини перетворюють на NAD, вона може відновити зламану мережу та швидко відновити комунікацію та функцію мітохондрій. Якщо сполуку вводили досить рано – до накопичення надмірних мутацій – протягом кількох днів деякі аспекти процесу старіння можна було звернути назад.

Зв'язок між HIF-1, старінням та раком

Перевіряючи м'язи дворічних мишей, які отримували сполуку, що виробляє NAD, протягом лише одного тижня, дослідники шукали індикатори резистентності до інсуліну, запалення та атрофії м'язів. У всіх трьох випадках тканина мишей нагадувала тканину шестимісячних мишей. У людських роках це було б подібно до того, як 60-річна людина стала б 20-річною в цих конкретних сферах.

Особливо важливий аспект цього відкриття пов'язаний з HIF-1. Більше ніж просто нав'язлива молекула, яка перешкоджає комунікації, HIF-1 зазвичай активується, коли організм позбавлений кисню. В іншому випадку він залишається неактивним. Однак відомо, що рак активує та захоплює HIF-1. Дослідники все ще вивчають точну роль, яку HIF-1 відіграє у рості раку.

"Дуже важливо виявити, що молекула, яка активується при багатьох типах раку, також активується під час старіння", – сказала Гомес. "Ми починаємо бачити, що фізіологія раку в деяких аспектах подібна до фізіології старіння. Можливо, це може пояснити, чому найбільшим фактором ризику раку є вік."

"Очевидно, тут ще багато роботи, але якщо ці результати підтвердяться, то деякі аспекти старіння можна буде звернути назад, якщо їх виявити на ранній стадії", – сказав Сінклер.

Дослідники зараз вивчають довгострокові результати застосування сполуки, що виробляє NAD, у мишей та те, як вона впливає на мишу в цілому. Вони також перевіряють, чи можна використовувати сполуку для безпечного лікування рідкісних мітохондріальних захворювань або більш поширених захворювань, таких як діабет 1 та 2 типу. У довгостроковій перспективі Сінклер планує перевірити, чи дасть сполука мишам більш здорове та довге життя.

Фінансування дослідження

Лабораторія Сінклера фінансується Національним інститутом старіння (NIA/NIH), Фондом Гленна з медичних досліджень, Американським фондом досліджень старіння, Ellison Medical Foundation, SENS Research Foundation та Центром біології старіння Пола Ф. Гленна.

Можливий вплив на здоров'я людини

Новаторське дослідження Сінклера та його колег може призвести до розробки нових ліків, здатних уповільнити або навіть звернути назад процес старіння. Ці ліки можуть допомогти запобігти або лікувати вікові захворювання, такі як хвороби серця, діабет, хвороба Альцгеймера та рак.

Однак важливо зазначити, що дослідження все ще знаходиться на ранніх стадіях, і необхідні подальші дослідження, перш ніж ці відкриття можна буде перетворити на ефективні методи лікування для людей.

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