Исследователи Северо-Западного университета использовали искусственный интеллект для анализа данных из широкого спектра тканей, собранных у людей, мышей, крыс и рыб семейства карповых. Они обнаружили, что длина генов связана с большинством изменений на молекулярном уровне, происходящих в процессе старения.
Активность длинных и коротких генов в клетках должна быть сбалансирована. Исследователи обнаружили, что более длинные гены связаны с более длительной продолжительностью жизни, а более мелкие гены – с более короткой. Они также выяснили, что старение сопровождается сдвигом активности в сторону коротких генов.
Обнаруженные изменения в активности генов ничтожно малы, но затрагивают тысячи генов и последовательны в разных тканях и у разных животных. Этот дисбаланс нарушает гомеостаз, необходимый для нормального функционирования организма, клеткам приходится прилагать дополнительные усилия, чтобы сохранить равновесие, ресурсы истощаются и начинается старение.
Для исследования использовались большие наборы данных, в том числе из базы Genotype-Tissue Expression Project, которая архивирует образцы от доноров-людей для исследовательских целей.
Исследователи сначала проанализировали образцы тканей мышей в возрасте 4, 9, 12, 18 и 24 месяцев. Они заметили, что средняя длина генов сдвинулась уже в возрасте 4 месяцев, то есть процесс имеет раннее начало. Похоже, что в молодом возрасте клетки способны противостоять изменениям активности генов, но в какой-то момент они больше не в состоянии бороться с дисбалансом.
Такая же закономерность наблюдалась в образцах крыс в возрасте от 6 до 24 месяцев и карповых рыб в возрасте от 5 до 39 недель.
Полученный результат был подтвержден в образцах человеческой ткани. Исследователи изучили активность генов людей возрасте от 30 до 49 лет, от 50 до 69 лет и от 70 лет и старше. Измеримые изменения в зависимости от длины гена обнаруживались уже к среднему возрасту. Похоже, что в молодом возрасте клетки способны противостоять изменениям активности генов, но в какой-то момент они больше не в состоянии бороться с дисбалансом.
Эта точка зрения отличается от известных биологических подходов, которые изучают влияние отдельных генов. И хотя некоторые заболевания, такие как гемофилия, действительно являются результатом мутаций одного гена, узкий подход к изучению отдельных генов еще не привел к объяснению множества изменений, происходящих при нейродегенеративных заболеваниях и старении.
После сбора больших наборов данных, Томас Стогер и коллеги изучили работу генов с точки зрения их длины.
Длина гена зависит от количества нуклеотидов в нем. Каждая цепочка нуклеотидов преобразуется в аминокислоту, которая затем формирует белок. Таким образом, длинный ген дает большой белок, короткий ген – маленький белок. Согласно Стойгеру, клетка должна иметь сбалансированное количество малых и крупных белков для достижения гомеостаза.
Длинные гены связаны с увеличением продолжительности жизни, но короткие гены также играют важную роль в организме, например, участвуют в борьбе с патогенами.
Новая закономерность может объяснить, почему с возрастом организму требуется больше времени, чтобы оправиться от болезней. Даже при такой простой травме, как бытовой порез, коже пожилого человека требуется больше времени для восстановления. Из-за дисбаланса генов и белков клетки имеют меньше резервов для противодействия повреждению. То есть, вместо того, чтобы просто бороться с порезом, организму также приходится бороться с дисбалансом генной активности.
Новое открытие может привести к разработке вмешательств, направленных на замедление темпов старения и даже обращения его вспять, и созданию потенциального лечения возрастных заболеваний.
Статья T.Stoeger et al. Aging is associated with a systemic length-associated transcriptome imbalance опубликована в статье Nature Aging.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» vechnayamolodost.ru по материалам Northwestern University: Aging is driven by unbalanced genes.
