Несмотря на то, что голые землекопы – грызуны небольшого размера, они способны жить почти четыре десятилетия, что является исключительным сроком для представителей этого вида. Свежие исследования, проведенные китайскими учеными, выявили, что необычная модификация определенного белка обуславливает их долголетие. Этот белок не только защищает организм, но и способствует его регенерации, в частности, ускоряя восстановление ДНК. Полученные сведения могут способствовать увеличению продолжительности жизни и у людей.
Обитатели подземных колоний, расположенных в Восточной Африке — голые землекопы (Heterocephalus glaber) — поистине уникальные создания. Эти небольшие роющие грызуны характеризуются рядом особенностей, выделяющих их среди других животных. Наиболее поразительным аспектом является их исключительно долгая продолжительность жизни. В отличие от обычной мыши, которая редко доживает до трех лет, голые землекопы доживают до 37, а иногда до 40 лет. Это абсолютный рекорд среди всех известных грызунов.
Ученые на протяжении длительного времени изучают феномен долгожительства голых землекопов и их устойчивость к болезням, поскольку эти животные живут значительно дольше других грызунов. Кроме того, у них крайне редко диагностируются онкологические заболевания. В ДНК всех живых организмов с течением времени накапливаются дефекты – их можно сравнить с незначительными повреждениями или сбоями в руководстве, определяющем функционирование организма. Как правило, организм способен устранять подобные неполадки, однако с возрастом эффективность системы восстановления снижается. Количество ошибок возрастает, что приводит к старению органов, гибели клеток и возникновению различных заболеваний.
У голых землекопов, судя по всему, этот внутренний механизм восстановления функционирует на высшем уровне. Благодаря более эффективному устранению повреждений в ДНК, процессы старения у них протекают замедленно.
Среди факторов, обуславливающих столь высокую продолжительность жизни, эксперты отмечают устойчивость голых землекопов к низкому кислороду и другим стрессам под землей. Они адаптированы к бедной кислородом среде — это уменьшает повреждения, которые приводят к старению у наземных млекопитающих.
Кроме того, у этих животных обнаружен особый полисахарид, также у них высокая точность белкового синтеза и хорошая система поддержки белков (благодаря протеостазу рибосомы функционируют более эффективно, что приводит к снижению количества дефектных белков. Эти белки обычно накапливаются в процессе старения и оказывают негативное воздействие на клетки.
Китайские генетики и биологи во главе с Чжиюном Мао провели исследование ( Zhiyong Mao) из Университета Тунцзи, расположенного в Шанхае, выявила дополнительный, потенциально ключевой компонент этой сложной системы, которая объясняет долгоживущие землекопы. Опубликована статья, посвященная этому вышла в журнале Science.
Предметом исследования ученых стал белок cGAS — важный компонент иммунной системы, присутствующий у многих животных, в том числе у человека. В случае вирусной атаки на клетку или развитии злокачественного процесса в ней, фрагменты ДНК могут перемещаться за пределы ядра клетки.
При обнаружении внеядерных фрагментов ДНК белок cGAS активируется, выступая в роли сигнального механизма, который указывает на потенциальную вирусную инфекцию или онкологическое заболевание. В ответ на это запускается иммунный процесс.
У этого защитного механизма есть и негативные последствия. Ученые выяснили, что cGAS функционирует не только в цитоплазме, но и проникает в ядро клетки, где содержится генетический материал. И там возникают необычные явления.
Изучение показало, что у людей и лабораторных мышей cGAS, присутствующий в ядре клетки, демонстрирует негативное воздействие — он не способствует восстановлению ДНК, а препятствует ему. Такая подавление естественных механизмов репарации приводит к увеличению количества мутаций и увеличивает вероятность возникновения онкологических заболеваний.
На данный момент не совсем понятно, почему эволюция не устранила этот нежелательный эффект. Согласно одной из версий, подобное воздействие на ядро может быть не запланированной функцией, а скорее непредвиденным следствием основной деятельности белка, а именно его защитной роли.
У голых землекопов cGAS функционирует иным образом. Исследователи во главе с Мао установили, что в ядре клеток данного белка не оказывает сдерживающего, а, напротив, стимулирует репарацию ДНК.
Суть вопроса заключается в незначительных особенностях строения этого белка. Молекула cGAS представляет собой последовательность аминокислот. У голых землекопов всего четыре аминокислоты в этой последовательности отличаются от таковых у человека или мыши. Именно эти четыре «строительных блока» принципиально изменяют работу белка.
В рамках проверки своей гипотезы ученые провели ряд экспериментов. При изменении генов, ответственных за кодирование четырех аминокислот, белок cGAS утрачивал способность поддерживать восстановление ДНК. Дополнительно, внесение аналогичных четырех изменений в человеческий вариант белка cGAS приводило к тому, что он больше не препятствовал механизмам репарации.
Для полного подтверждения значимости своего открытия, исследователи из группы Мао предприняли дополнительные шаги. Они модифицировали гены обычных плодовых мушек, чтобы в их клетках синтезировался не стандартный белок, а именно та его форма cGAS, которая присутствует у голых землекопов.
Оказалось, что модифицированные мушки жили почти 70 дней, в то время как обычные, не подвергшиеся генетической модификации, жили в среднем 60 дней. Этот эксперимент ярко продемонстрировал, что белок голых землекопов может оказывать влияние на продолжительность жизни других организмов.
В настоящее время исследователи пытаются выяснить, возможно ли продлить жизнь человека аналогичным образом. Мао полагает, что это потенциально осуществимо. Такие современные технологии, как редактирование генов и доставка мРНК, способны заставить клетки человека синтезировать модифицированную версию cGAS. Это может стимулировать более интенсивное восстановление ДНК и повысить устойчивость организма к возрастным изменениям.
Суть в том, что необходимо стимулировать достаточное число клеток организма к выработке нового типа белка. Это представляет собой непростую задачу, даже с учетом современных биотехнологических возможностей.
Мао предложил иной подход: необходимо находить небольшие молекулы, способные взаимодействовать с человеческим cGAS и изменять его функционирование, имитируя поведение, характерное для голых землекопов. В случае успеха, из этих соединений можно будет разработать лекарственные средства, способные замедлить процесс старения.