Новое исследование пролило свет на секрет долгой жизни голых землекопов.

Новости МирТесен

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 существа. Эти крошечные роющие грызуны характеризуются рядом примечательных качеств, благодаря которым можно считать их супергероями в мире дикой природы. Наиболее поразительной особенностью является их исключительная 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 исследуют феномен долгожительства и устойчивости к болезням у голых землекопов, поскольку эти грызуны живут значительно дольше своих сородичей и реже страдают от заболеваний. Кроме того, у них крайне редко диагностируют онкологию. В ДНК всех живых организмов с течением времени накапливаются повреждения, которые можно сравнить с незначительными дефектами или сбоями в руководстве, определяющем функционирование организма. Как правило, организм способен устранять такие дефекты, однако с возрастом эффективность системы восстановления снижается. Количество ошибок увеличивается, что приводит к старению органов, гибели клеток и возникновению болезней.

У голых землекопов, судя по всему, этот внутренний «ремонтный механизм» функционирует на высшем уровне. Благодаря более эффективному восстановлению повреждений в ДНК, процессы старения у них протекают значительно медленнее.

Среди факторов, способствующих столь длительной жизни, исследователи 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 нефункциональные 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 в Шанхае выявила еще один, возможно, ключевой компонент этой сложной системы, которая объясняет продолжительность жизни голых землекопов. 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 высвобождаться за пределы ядра клетки.

При обнаружении фрагментов ДНК вне ядра белок cGAS активируется, выступая в роли своеобразного сигнала тревоги. Это указывает на потенциальную вирусную инфекцию или онкогенез, что приводит к активации иммунного ответа.

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 взаимодействия cGAS у людей и лабораторных мышей выявило, что в ядре клетки он демонстрирует негативное воздействие, препятствуя восстановлению ДНК, а не способствуя ему. Такая подавленная способность к самостоятельному ремонту приводит к увеличению количества мутаций и увеличивает вероятность возникновения раковых 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. Исследование, проведенное Мао и его соратниками, показало, что в ядре клеток этот белок не оказывает тормозящего воздействия, а, напротив, стимулирует процессы восстановления 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.

Для проверки своей гипотезы ученые провели ряд экспериментов. При изменении генов, отвечающих за кодирование четырех аминокислот, белок cGAS утрачивал способность поддерживать восстановление ДНК. Кроме того, внесение тех же четырех модификаций в человеческий аналог белка cGAS приводило к тому, что он больше не препятствовал процессам 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 продолжительность жизни мушек, которым была проведена модификация, достигла почти 70 дней, в то время как у обычных, негенномодифицированных мушек она составляла в среднем 60 дней. Этот опыт продемонстрировал, что белок голых землекопов может оказывать влияние на продолжительность жизни и у других организмов.

Ученых интересует, возможно ли продлить жизнь человека подобным образом. Мао полагает, что это теоретически осуществимо. Современные методы, такие как редактирование генов или доставка мРНК, потенциально способны побудить клетки человека к выработке модифицированной версии cGAS. Это может активизировать восстановление ДНК и повысить устойчивость организма к возрастным изменениям.

Суть в том, что необходимо стимулировать достаточное число клеток в организме к выработке модифицированного белка. Это непростая задача, даже с учетом текущих возможностей биотехнологий.

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.