Старение является фактором риска различных расстройств, включая сахарный диабет, рак и нейродегенеративные заболевания. Определение клеточных механизмов, лежащих в основе старения, может приблизить человечество к разработке новых методов лечения возрастных расстройств.
Как активируется клеточная реакция на стресс
Стрессовая реакция запускается, когда стрессовые факторы (в данном исследовании, избыток глюкозы) вызывают накопление «проблемных» неструктурированных белков в клетке. Стрессовая реакция, называемая ответом неструктурированных белков, направлена на устранение этих белков и восстановление баланса в клетке.
Старение также может привести к накоплению неструктурированных белков из-за естественного снижения способности клеточных механизмов вырабатывать здоровые белки, вызывая ту же реакцию на стресс.
Молекулярные клеточные механизмы борются с этим накоплением с помощью собственных «датчиков стресса», которые запускают каскад взаимодействий для защиты клетки. Если избыток неструктурированных белков не устраняется, затянувшийся ответ неструктурированных белков вызывает гибель клеток.
Ответ неструктурированных белков у старых червей привел к более здоровому старению
Чтобы изучить, как ответ неструктурированных белков влияет на продолжительность жизни животных, исследователи из Сингапурского технологического университета Наньян (NTU Singapore) индуцировали стресс у взрослых круглых червей C.elegans с помощью глюкозы. Хотя эти животные анатомически значительно проще человека, они используют практически те же гены, что и люди, для контроля деления клеток и апоптоза поврежденных клеток.
Ученые давали червям корм с высоким содержанием глюкозы на двух разных этапах жизни: молодым в начале их взрослой жизни (1-й день) и в пострепродуктивном возрасте, когда черви уже больше не могут размножаться (5-й день). Контрольную группу червей кормили обычной пищей.
Группа обнаружила, что старые черви, получавшие корм с высоким содержанием глюкозы, прожили 24 дня – почти в два раза больше продолжительности жизни молодых червей, получавших ту же диету (13 дней). Черви на обычном рационе жили в среднем 20 дней.
Помимо того, что старые черви на диете с высоким содержанием глюкозы жили дольше, они были подвижнее и имели больше клеток для накопления энергии по сравнению с червями, получавшими обычную пищу, что свидетельствует о более здоровом старении.
Затяжная реакция на стресс у молодых червей привела к гибели клеток
На следующий день после кормления пищей с высоким содержанием глюкозы ученые отследили активность у червей трех датчиков стресса, каждый из которых отвечает за определенный процесс в рамках ответа неструктурированных белков. Они обнаружили, что стрессовый маркер С был значительно более активен у молодых червей по сравнению со старыми.
Когда исследователи удалили ген, кодирующий IRE1, чтобы отключить клеточный путь, инициируемый этим белком, они обнаружили, что молодые черви, которых кормили пищей с высоким содержанием глюкозы с 1-го дня, прожили 25 дней – в два раза дольше, чем когда ген IRE1 был нетронутым.
Это говорит о том, что «включатель» стресса IRE1, активный у молодых червей, которых кормили пищей с высоким содержанием глюкозы с 1-го дня, индуцирует длительный ответ неструктурированных белков и ответственен за сокращение продолжительности жизни животных.
Авторы объясняют результаты исследования таким образом: кормление старых червей пищей с высоким содержанием глюкозы вызывало слабый ответ неструктурированных белков и запустило определенные клеточные пути для борьбы не только с избытком глюкозы, но и с другими стрессами, связанными со старением, восстанавливая клеточную стабильность. Напротив, молодые черви, подвергнутые стрессовой диете с высоким содержанием глюкозы, демонстрировали чрезмерную экспрессию гена IRE1, что привело к затягиванию стрессовой реакции и гибели клеток.
Если разработать препарат, снижающий активность IRE1 при одновременном повышении двух других маркеров стресса, он, вероятно, замедлит клеточное старение и, следовательно, увеличит продолжительности жизни. Необходимо будет провести дополнительные исследования, чтобы глубже изучить сложный механизм продления жизни, вызванного стрессом, а также то, как этот механизм взаимодействует с другими процессами в клетках.
Авторы обращают внимание, что пища с высоким содержанием глюкозы была использована только для моделирования стресса у круглых червей, и не рекомендуют пожилым людям повышать содержание углеводов в рационе. Это исследование лишь показывает, что запуск определенных стрессовых реакций в клетках может привести к продлению жизни, и что активация этой стрессовой реакции с помощью лекарственного средства может иметь решающее значение для замедления клеточного старения.
Статья C.Beaudoin-Chabot et al. The unfolded protein response reverses the effects of glucose on lifespan in chemically-sterilized C.elegans опубликована в журнале Nature Communications.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» vechnayamolodost.ru по материалам EurekAlert!:
Manipulating stress response in cells could help slow down ageing, finds NTU Singapore study.
