В наше время люди живут дольше, чем когда-либо прежде. Но наряду с этим увеличением продолжительности жизни растет число возрастных заболеваний, включая рак и деменцию. Понимание биологии старения, а также знание функции генов и белков, участвующих в этих процессах, поможет увеличить запас здоровья организма – период, когда люди могут жить в здоровом и продуктивном состоянии без возрастных заболеваний.
Международная группа ученых исследовала антивозрастные свойства относительно малоизученного белка Gaf1 (Rodríguez-López et al., The GATA Transcription Factor Gaf1 Represses tRNAs, Inhibits Growth, and Extends Chronological Lifespan Downstream of Fission Yeast TORC1 // Cell Reports, 2020). Он контролирует белковый обмен – процесс, который играет ключевую роль в старении и многих заболеваниях. Исследователи показали, что без Gaf1 клетки имеют более короткую продолжительность жизни.
Старение и диета
Старение является сложным процессом и зависит как от генов, так и от факторов окружающей среды, в то числе, питания. Широко известно, что диета с ограничением калорий может увеличить продолжительность жизни. Это доказано для различных организмов, включая дрожжи, крыс и обезьян. Краткосрочные исследования показывают, что суждение также справедливо для людей.
Однако теперь ученые понимают, что на самом деле с продолжительностью жизни может быть связано количество определенных аминокислот, а не количество потребляемых калорий.
Каждая клетка имеет белок, который чувствителен к количеству питательных веществ в окружающей среде. Таким белком является мишень рапамицина (target of rapamycin, TOR) – фермент, который определяет количество аминокислот, присутствующих в организме и доступных клеткам.
Когда в клетках много аминокислот, TOR активно вмешивается в метаболизм и вынуждает их расти, синтезируя много белков. Но если количество аминокислот ограничено, TOR вводит организм в состояние легкого стресса. Доказано, что оно полезно для клеток и организма в целом, в то время как повышенная трансляция (синтез белков) и обмен белка вредны, ведь долгожительство тесно связано со способностью организма эффективно справляться с внутренними и внешними стрессами. Другими словами, клетка, находящаяся «в состоянии готовности», способна справляться со стрессовыми факторами лучше, чем клетка, которая тратит свою энергию на синтез белка и рост, снижая таким образом защиту.
В недавнем исследовании ученые проанализировали белковый обмен в клетках разных животных с продолжительностью жизни от четырех до 200 лет. Они обнаружили, что у животных с большей продолжительностью жизни белковый обмен гораздо медленнее, а потребность в энергии ниже.
Gaf1 и старение
Белок Gaf1 является фактором транскрипции, он способен связываться с ДНК клетки и активировать или подавлять определенные гены. Когда TOR активен, Gaf1 обнаруживается в цитоплазме клетки и не связывается с ДНК. Однако когда TOR инактивируется с помощью ограничения питания или приема лекарств, Gaf1 может перемещаться в ядро и связываться с ДНК.
В статье в Cell Reports авторы показали, что когда TOR связывается с ДНК, Gaf1 останавливает все гены, ответственные за создание транспортной РНК, и другие гены, необходимые для трансляции. Gaf1 вынуждает клетку не тратить энергию на трансляцию, предотвращая создание компонентов, необходимых для этого процесса. Однако, это временный эффект, он обратим, когда аминокислоты становятся доступными.
Исследователи также обнаружили, что клетки без Gaf1 не являются долговечными. Как уже упоминалось, TOR сигнализирует клеткам о росте, ускоряя их старение. Но когда TOR ингибируется ограничением питания или приемом лекарств, рост останавливается, продолжительность жизни клеток увеличивается. Другими словами, Gaf1 опосредует некоторые полезные эффекты ограничения питания.
Хотя исследование было посвящено дрожжам (указанный на рисунке комплекс TORC1 состоит из общего для всех эукариот TOR1 и еще трех белков), белки, похожие на Gaf1, обнаружены у многих животных, включая людей. Эти белки, как было показано, регулируют процесс развития стволовых клеток, нарушение которого важно для развития злокачественных новообразований. Возможно, эти белки имеют ту же функцию у людей, что и Gaf1 у дрожжей.
Функция TOR, рост клеток и производство белка важны для здоровья человека, но могут также способствовать развитию некоторых заболеваний, таких как рак или болезнь Альцгеймера. Данное исследование показало, как ограничение питания изменяет внутриклеточный метаболизм на уровне генов. Эта информация позволит исследовать, каким образом определенные лекарства или диеты могут изменять обмен веществ клеток для здоровья всего организма.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам The Conversation: ‘Anti-ageing’ protein shown to slow cell growth is key in longevity – new research.
