В поисках генетического источника молодости
Что общего у голых землекопов, слонов, летучих мышей и китов? Все они являются исключительно долгоживущими млекопитающими, и недавнее исследование показывает, что изучение общих черт в том, как они эволюционировали в экстремальные периоды жизни, может дать свежие идеи о генетической основе долголетия.
Отдаленно родственные млекопитающие эволюционировали через биологическое явление, известное как конвергентная эволюция, процесс, в результате которого неродственные виды независимо друг от друга развивают одну и ту же черту. По мере того как виды эволюционировали с одинаковой увеличенной продолжительностью жизни посредством конвергентной эволюции, гены, связанные с длинной жизнью у этих видов, также претерпевали конвергентную эволюцию. Установив связь между эволюционными изменениями продолжительности жизни и эволюцией генов, мы с коллегами смогли найти гены, связанные с продолжительностью жизни, которые разделяют многие виды.
Одним из предостережений в исследовании долголетия является связь между размером тела и продолжительностью жизни у разных видов млекопитающих. У крупных млекопитающих, таких как киты и слоны, длительный период жизни; у мелких млекопитающих, таких как мыши и крысы, короткий период жизни. Большинство млекопитающих следуют общей тенденции, но некоторые игнорируют ее. Ключевыми примерами являются голый землекоп, существо размером с хомяка, которое может жить до 40 лет, и маленькая коричневая летучая мышь, летающее млекопитающее такого же размера, которое может жить до 34 лет. Мы изучили генетическую основу обоих видов с экстремальной продолжительностью жизни, чтобы понять различные способы, с помощью которых виды развивали экстремальное долголетие.
Наши результаты были удивительными. Вместо того чтобы находить гены, которые эволюционировали быстрее, чтобы стимулировать увеличение продолжительности жизни, мы обнаружили, что скорость эволюции генов в основном снижается по мере того, как виды эволюционируют. Другими словами, вместо того, чтобы испытывать генетические изменения, связанные с увеличением продолжительности жизни, многие гены были предотвращены от генетических изменений. На индивидуальном уровне более медленные эволюционные показатели указывают на то, что гены защищены от развития потенциально вредных мутаций. Появление поколений с более низким уровнем мутаций приводит к более медленной эволюции или меньшим изменениям, чем ожидалось в течение миллионов лет. Гены, которые эволюционируют медленнее, вероятно, выполняют важные функции, поэтому они защищены от потенциально вредных мутаций.
Для крупных долгоживущих видов ключевые гены играют роль в профилактике рака. Медленно развивающиеся гены были вовлечены в репарацию ДНК, контроль клеточного цикла, гибель клеток и иммунитет, которые являются механизмами предотвращения образования и пролиферации раковых клеток. Рассмотрим молекулярное происхождение рака. Чтобы организм заболел раком, сначала должна произойти генетическая мутация, которая не может быть исправлена с помощью механизмов репарации ДНК.
В результате мутации, теперь раковая клетка не подвергается запрограммированной клеточной гибели и вместо этого делится неуправляемо и независима от нормальных механизмов контроля клеточного цикла. Канцерогенные клетки избегают иммунного ответа и в конечном итоге размножаются и распространяются в раковые опухоли. Крупные, долгоживущие виды демонстрируют более медленную эволюцию генов на каждой стадии пути к развитию рака, что говорит о том, что профилактика рака является ключевой функцией, лежащей в основе эволюции увеличенной продолжительности жизни этих видов.
Эти результаты являются частью более крупной, гораздо более древней истории о связи между раком, продолжительностью жизни и размером тела, известной как парадокс Пето. Согласно парадоксу, крупные животные должны болеть раком гораздо чаще, чем мелкие млекопитающие, но этого не происходит. Предполагая, что каждая клетка имеет одинаковую вероятность стать злокачественной в любой момент времени, крупные виды должны болеть раком чаще просто из-за огромного количества клеток. Крупные виды, которые также являются долгоживущими, еще больше увеличивают проблему.
Тем не менее, заболеваемость раком у разных видов примерно одинакова, что предполагает более низкий уровень развития рака у крупных видов по сравнению с более мелкими видами. На самом деле, если бы уровень заболеваемости раком у китов был таким же, как и у мышей, все киты умерли бы от рака еще до того, как у них появился бы шанс размножиться. Наши результаты предполагают, что более низкие уровни рака у крупных млекопитающих могут быть обусловлены более медленной эволюцией генов, связанных со многими функциями по профилактике рака.
У таких видов, как летучие мыши и голые землекопы, которые являются маленькими и долгоживущими, борьба с раком представляет меньшую проблему. Соответственно, медленно эволюционирующие гены у этих видов связаны прежде всего с репарацией ДНК, а не с другими аспектами борьбы с раком. Предотвращение повреждения ДНК может помочь предотвратить деградацию ДНК в течение длительного периода жизни, что в конечном итоге приводит к старению и заболеванию.
В отличие от многих исследований, которые фокусируются на генетических изменениях, уникальных для одного или нескольких особенно долгоживущих видов, эта работа определила генетическую основу долголетия у млекопитающих. Соответственно, полученные результаты могут быть обобщены для всех видов млекопитающих, включая людей, и могут использоваться для направления дальнейших исследований в отношении усилий по увеличению продолжительности жизни человека.
Важность борьбы с раком и восстановления ДНК ради долгой жизни говорит о том, что ответ на вопрос, почему люди стареют, может быть таким же простым, как вещи, изнашиваемые со временем, будь то клетки или ДНК. В течение жизни ДНК накапливает повреждения, которые в конечном итоге приводят к раку или широкомасштабному дефициту функций генов, которые вызывают старение, болезни и возможную смерть. Наши результаты в сочетании с имеющимися данными свидетельствуют о том, что не существует «гена долголетия», который можно было бы изменить для увеличения продолжительности жизни млекопитающих, поскольку старение является сложным, многогранным процессом. Вместо этого увеличение продолжительности жизни человека может зависеть от уменьшения ущерба, наносимого ДНК с течением времени, и борьбы с болезнями, связанными со старостью.
Источник: blogs.scientificamerican.com/observations/a-quest-for-the-genetic-fountain-of-youth/
