Od neolitu do początku XIX wieku średnia długość życia człowieka nie przekraczała 30 lat. Jeszcze w stosunkowo niedawnym 1940 roku oczekiwana długość życia w ZSRR wynosiła około 40 lat, aw najkorzystniejszych krajach Skandynawii - 60 lat. Dopiero niedawno, dzięki szybkiemu rozwojowi medycyny, ludzie zaczęli żyć tak długo, jak nigdy dotąd (myśleli nawet o masowym przejściu poza 100-lecie).
Ale, niestety, długie życie nie oznacza bycia silnym i zdrowym. A dziś większość starszych ludzi, którzy osiągnęli starość, od dziesięcioleci cierpi na przewlekłe choroby związane z wiekiem, czasami marząc o jak najszybszym opuszczeniu tego śmiertelnego świata.
Naukowcy wciąż szukają czynników biologicznych, które z czasem prowadzą do uszkodzenia komórek. Teraz naukowcy z Uniwersytetu Harvarda odkryli związek między starzeniem się a jednym z głównych procesów biologicznych znanych jako splicing RNA. To odkrycie nie tylko rzuca światło na rolę mechanizmu molekularnego w przedłużaniu życia, ale także wskazuje na możliwość dostosowania go do zdrowego starzenia się.
„To, co zabija neurony w chorobie Alzheimera, z pewnością różni się od przyczyn chorób układu krążenia, ale starzenie się jest głównym czynnikiem ryzyka dla wszystkich tych chorób” - powiedział starszy autor badania William Mair. - Stąd jedno z największych pytań - czy w pracy układów molekularnych istnieje ogólna zasada, która pozwala takim chorobom zaistnieć w narządach?
Aby zrozumieć, w jaki sposób splicing RNA może wpływać na starzenie się, warto najpierw przypomnieć, jak syntetyzowane są cząsteczki białek, które są głównym budulcem komórek w organizmie człowieka, a także regulują funkcjonowanie narządów i tkanek. „Receptury” ich wytwarzania są zakodowane w kodzie genetycznym i przechowywane w jądrze każdej komórki, jak w bibliotece.
Tworzenie nowego białka zaczyna się od tego, że na podstawie oddzielnego odcinka DNA - genu budowany jest tzw. Informacyjny RNA, z aminokwasów zakodowanych w kodzie składane są w białko.
Ale geny, podobnie jak cząsteczki RNA zbudowane na ich podstawie, zawierają niekodujące regiony, które należy wyciąć podczas składania przed rozpoczęciem syntezy białka.
Stabilna produkcja RNA i białek jest kluczem do pozostania młodym i zdrowym, więc naukowcy chcieli wiedzieć, jaki wpływ mają zmiany w splicingu, które nieuchronnie następują wraz z wiekiem.
Film promocyjny:
Mayr i jego koledzy eksperymentowali z glistą Caenorhabditis elegans, która jest tradycyjnym i nieco legendarnym organizmem modelowym w biologii. To pierwsze zwierzę, dla którego rozszyfrowano genom i sporządzono pełną mapę neuronów układu nerwowego. Ponadto glista może stać się pierwszą żywą istotą, która w niedalekiej przyszłości uda się na Marsa. Ważne jest, aby C. elegans miała mniej więcej taką samą liczbę genów jak ludzie, dlatego jest szeroko stosowana w badaniach genetycznych.
„Ascaris to doskonały przedmiot do badań nad starzeniem się, ponieważ te robaki żyją tylko przez trzy tygodnie iw tym czasie wykazują wyraźne oznaki więdnięcia związanego z wiekiem” - wyjaśnia pierwsza autorka badania, Caroline Heintz. „Na przykład tracą masę mięśniową, zmniejszają się ich funkcje rozrodcze, pogarsza się ich układ odpornościowy, a na skórze pojawiają się nawet zmarszczki”.
Ponieważ komórki robaków są przezroczyste, naukowcom udało się oznaczyć poszczególne geny białkami fluorescencyjnymi i obserwować w czasie rzeczywistym, jak zmienia się proces splicingu wraz ze starzeniem się glisty. W ciągu pięciu dni zespół był w stanie nie tylko zidentyfikować osobniki w populacji, w których splicing pozostał na normalnym poziomie dłużej niż inne, ale także dokładnie przewidzieć długość życia każdego robaka na podstawie dynamiki tych zmian.
„To naprawdę interesujący wynik, który sugeruje, że pewnego dnia będziemy mogli użyć splicingu jako biomarkera do wykrywania wczesnych oznak starzenia” - mówi Heinz. Ale nie tylko to uszczęśliwiło naukowców, ale był też inny ważny wynik.
Następnie naukowcy opracowali system restrykcji dietetycznych, który, jak pokazały poprzednie prace, może przedłużyć życie robaków (i nie tylko). W efekcie proces splicingu glisty pozostawał stale na „młodzieńczym” poziomie i nie zmieniał się wraz z wiekiem.
W ostatnim kroku zespół skupił się na oddzielnym elemencie procesu splicingu, znanym jako współczynnik splicingu 1 (SFA-1). Jest częścią spliceosomu, masywnej struktury molekularnej, która jest bezpośrednio zaangażowana w usuwanie niekodujących regionów RNA. Okazało się, że wzrost poziomu SFA-1 w komórkach przedłuża życie ascaris. To odkrycie jest szczególnie ważne, ponieważ podobny element występuje w mechanizmie splicingu u ludzi.
„Te niesamowite wyniki wskazują, że zmieniony splicing RNA może być jednym z głównych objawów procesu starzenia” - mówi Mayr. „Nasza praca otwiera zupełnie nowy obszar badań, który może pomóc nam zrozumieć, jak przedłużyć życie i zachować zdrowie”.
Więcej informacji na temat pracy amerykańskich naukowców można znaleźć w artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature.