Генетическое вмешательство продлило жизнь очень старым червям
Исследователям старения в эксперименте с нематодами удалось продлить срок их жизни в два раза. Это не рекордное значение само по себе, но важно то, что ученые подействовали на организм червей в самом конце их жизни, когда существенная часть популяции уже умерла. Метод, которым они пользовались, пока невозможно перенести на людей, но сам факт их успеха означает, что технологии продления жизни могут оказаться эффективными и у старых организмов.
Статья Venz et al. End-of-life targeted auxin-mediated degradation of DAF-2 Insulin/IGF-1 receptor promotes longevity free from growth-related pathologies опубликовано в журнале eLife.
Нематода C.elegans – одно из самых изученных с точки зрения геронтологии (и не только) животных. Ген daf-2 – один из самых изученных в геноме C.elegans, потому что мутации в нем увеличивают срок жизни червей вдвое. Этот ген (точнее, его гомологи) есть и у человека: в нашем организме от daf-2 произошли гены инсулина и рецептора к инсулиноподобному фактору роста-1. И сегодня известно, что мутации в этих генах влияют и на жизнь млекопитающих: мыши с мутантным ИФР-1 живут дольше обычных, и у людей-долгожителей тоже иногда находят варианты этого гена.
Исходя из этих данных, можно было бы надеяться, что рецепт продления жизни найден: достаточно отключить работу какого-то из этих генов или других белков из того же сигнального пути. Однако эксперименты на тех же нематодах показывают, что с этим есть проблема. Если мутация всерьез нарушает работу daf-2, некоторые животные останавливаются на ранних стадиях личиночного развития (переходят в состояние так называемой дауэровской личинки) и не вырастают во взрослых червей. Менее сильные мутации тоже сказываются на качестве жизни нематод: даже те особи, что прошли через личиночные стадии, получаются меньше размером и менее плодовитыми, чем обычно.
Этому есть объяснение: сигнальные пути, связанные с daf-2, реагируют на поступление энергии в организм и запускают процессы роста и развития. На клеточном уровне – это синтез белка и деление, на уровне организма – развитие половых органов и половое созревание. Если эти процессы притормозить, то нематода (и, вероятно, человек тоже) действительно может прожить дольше – поскольку размножение не будет оттягивать на себя ресурсы организма – но качество этой жизни и фертильность неизбежно пострадают.
Поэтому группа исследователей под руководством Коллина Ивальда (Collin Ewald) из Института трансляционной медицины в Цюрихе ищет способ вмешаться в работу этих сигнальных путей уже после того, как особь сформировалась и успела размножиться. Вопрос только в том, возможно ли повлиять на срок жизни организма, если начать делать это так поздно.
Раньше ученые пробовали подобраться к daf-2 с помощью РНК-интерференции – этот метод разрушает РНК, которая строится с гена. Однако такой подход оказался не надежным: он не продлевал жизнь так же, как и мутации в гене, а еще не работал у взрослых особей. В этот раз исследователи попробовали новый метод. Они встроили в ген daf-2 последовательность, кодирующую дегрон – это метка, позаимствованная у белков растения арабидопсис, которая сигнализирует внутриклеточным ферментам о том, что этот белок надо разрушить. Но работает она только в присутствии растительного же гормона ауксина.
Таким образом, вводя в организм нематоды ауксин, ученые смогли отключать работу белка DAF-2 – в клетках его становилось примерно на 40 процентов меньше. Это соответствует эффекту от не самой сильной мутации, которая не полностью разрушает работу гена. Похожий эффект ауксин оказал и на физиологию нематод: они останавливались в развитии и все переходили в состояние дауэровских личинок – но только в стрессовых для червей условиях, при температуре в 25 градусов. Точно так же действуют и слабые мутации, а вот полная блокада гена заканчивается образованием дауэровских личинок уже при 15 градусах.
Затем исследователи проверили, что происходит, если подействовать ауксином на взрослых нематод, которые уже закончили свое развитие. Оказалось, что их жизнь действительно становится дольше – на 70-135 процентов.
Кривая выживаемости взрослых нематод. Черный, рыжий и синий – контроль, желтый, красный, зеленый и розовый – мутанты по daf-2 с ауксином и без, голубой – нематоды со встроенным дегроном и ауксином. Рисунки из статьи в eLife.
Чтобы получить этот эффект, оказалось достаточно подействовать на некоторые ключевые ткани. Когда авторы работы ввели ауксиновую систему регуляции избирательно в нервную ткань или кишечник, то обнаружили, что продление жизни этих тканей влияет и на срок жизни организма – нематоды продержались в среднем до 50 дней против обычных 30.
Кривая выживаемости нематод в зависимости от того, в каких тканях работает ауксин-дегроновая система. Рыжий – во всем теле, розовый – в кишечнике, голубой – в мышцах, остальные кривые – разные виды контролей.
Наконец, ученые опробовали свой метод на пожилых червях – тех, у кого уже закончился период размножения (старше 8 дней). Когда ауксин добавили в питательную среду 10- и 12-дневным нематодам, их жизнь удлинилась на 48-72 и 49-57 процентов соответственно. Но даже в эксперименте с очень старыми животными, возрастом в 21 и 25 дней – до этого момента три четверти популяции уже не доживает даже в лабораторных условиях – подкормка ауксином позволила нематодам прожить еще 43 дня.
Продление жизни нематодам в пожилом возрасте. Черный – контрольная кривая, красный – ауксин добавили на 20-й день жизни, голубая – на 25-й.
Таким образом авторы работы продемонстрировали, что вмешательство в работу сигнального пути daf-2 может продлить жизнь организма даже в самом ее конце. И хотя напрямую на человека этот метод спроецировать едва ли получится – для этого потребовалось бы его генетически модифицировать – это означает, что вмешательства в работу инсулинового пути могут оказаться очень эффективными даже в пожилом возрасте.
Тем не менее, исследователи не ставили своей целью омолодить нематод – только продлить срок их жизни. А о том, как геронтологи собираются добиваться именно омоложения человека, читайте в статье «Планы на старость».
Полина Лосева, N+1
Портал «Вечная молодость» vechnayamolodost.ru
