Вчені виявили «таймер смертності» в наших клітинах

Дрібніші ядерця уповільнюють старіння, діючи як «таймер смертності», тоді як більші ядерця призводять до загибелі клітини, дестабілізуючи рДНК. За словами дослідників Weill Cornell Medicine, секрет клітинної молодості може полягати в збереженні маленького ядерця — щільної структури в клітинному ядрі. Ці знахідки були виявлені в дріжджах, модельному організмі, відомому своєю роллю у виготовленні хліба та пива, але напрочуд схожому на людський на клітинному рівні.

Дослідження, опубліковане 25 листопада в Nature Aging, може призвести до нових методів лікування довголіття, які можуть подовжити тривалість життя людини. Він також встановлює таймер смертності, який показує, скільки часу залишилося клітині до її смерті. З віком у людей підвищується ймовірність розвитку захворювань, таких як рак, серцево-судинні та нейродегенеративні захворювання.

«Старіння є найвищим фактором ризику цих захворювань», — сказала доктор Джессіка Тайлер, професор патології та лабораторної медицини Weill Cornell Medicine. «Замість того, щоб лікувати кожну хворобу окремо, кращим підходом було б розробити терапевтичний засіб або добавку, яка затримала б початок хвороб, запобігаючи основним молекулярним дефектам, які їх викликають». Ядерце може містити ключ.

Маленькі пакети

Ядро містить хромосоми клітини та ядерце, де міститься рибосомальна ДНК (рДНК). Ядерце ізолює рДНК, яка кодує частини РНК рибосом, механізму побудови білка. РДНК є однією з найбільш крихких частин геному, через її повторювану природу ускладнює її підтримку та виправлення у разі пошкодження. Якщо пошкодження рДНК не усунути належним чином, це може призвести до хромосомних перебудов і смерті клітини.

В організмах від дріжджів до хробаків і людини ядерця розширюються під час старіння. З іншого боку, стратегії запобігання старінню, як-от обмеження калорій або менше споживання їжі, призводять до зменшення ядерець. «Обмеження калорій робить так багато різних речей, і ніхто не знає точного способу, яким воно подовжує тривалість життя», — сказав доктор Тайлер.

Доктор Тайлер і доктор Дж. Ігнасіо Гутьєррес, перший автор статті, підозрювали, що збереження ядер малих розмірів може сповільнити старіння. Щоб перевірити цю ідею, вони розробили штучний спосіб закріплення рДНК на мембрані, що оточує ядро ​​дріжджових клітин, щоб вони могли контролювати, коли вона закріплена, а коли ні. «Перевагою нашої системи є те, що ми можемо ізолювати розмір ядерця від усіх інших ефектів стратегій запобігання старінню», — сказав доктор Гутьєррес.

Дослідники виявили, що зв’язування ядерця було достатнім, щоб зберегти його компактним, а маленькі ядерця сповільнювали старіння приблизно такою ж мірою, як обмеження калорій.

Останні моменти

Цікаво, що ядерця не розширювалися з однаковою швидкістю протягом усього життя, оскільки клітини старіли. Вони залишалися маленькими протягом більшої частини життя дріжджів, але при досягненні порогового розміру ядерця раптово почали швидко рости та збільшуватися до набагато більших розмірів. Після досягнення цього порогу клітини виживали в середньому ще близько п’яти клітинних поділів.

«Коли ми побачили, що це не лінійне збільшення розміру, ми зрозуміли, що відбувається щось справді важливе», — сказав доктор Гутьєррес. Виявляється, що перевищення порогу служить таймером смертності, відраховуючи останні моменти життя клітини.

Під час старіння ДНК накопичує пошкодження, деякі з яких можуть бути руйнівними для клітини. Під час тестів команда виявила, що великі ядерця мають менш стабільну рДНК, ніж менші. Крім того, коли структура велика, білки та інші фактори, які зазвичай виключаються з ядерця, більше не залишаються поза ним. Це ніби ядерце стає негерметичним, пропускаючи молекули, які можуть завдати шкоди тендітній рДНК.

«Вся суть конденсатів полягає в тому, щоб розділити біологічні реакції, щоб допомогти їм працювати ефективно, але тепер, коли у вас є інші білки, що надходять у ядерце, це призводить до нестабільності геному, що викликає кінець тривалості життя», — сказав доктор Тайлер. Ці білки можуть спричинити катастрофічні проблеми, такі як хромосомні перебудови.

Далі дослідники планують вивчити вплив ядерця на старіння стовбурових клітин людини. Стовбурові клітини є особливими, оскільки вони мають потенціал замінити інші типи клітин, коли вони вмирають. Але врешті-решт стовбурові клітини перестають ділитися, тож дослідники сподіваються використати знання, отримані під час цього проекту, щоб продовжити їх існування.

«Я був у захваті від того, що ми можемо пов’язати структуру ядерця з процесом відновлення таким чином, щоб зберегти його від дріжджів до людини», — сказав доктор Гутьєррес.