Секрет циклического бессмертия

Отсеквенирован геном «бессмертной» медузы

Полина Лосева, N+1

Испанские ученые составили список генов, которые, вероятно, отвечают за «бессмертие» медузы Turritopsis dohrnii. Для этого они отсеквенировали ее геном и сравнили его с геномом медузы Turritopsis rubra. Оказалось, что «бессмертная» медуза, в отличие от своей родственницы, обзавелась дополнительными копиями — до восьми штук — генов, которые связаны с процессами омоложения клеток. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (Pascual-Torner et al., Comparative genomics of mortal and immortal cnidarians unveils novel keys behind rejuvenation).

Медузу Turritopsis dohrnii часто называют единственным «бессмертным» животным. Но ее бессмертие не похоже на то, что, например, описано в мифах для древнегреческих богов. T. dohrnii можно убить — но вот сама по себе, то есть «от старости», она, кажется, почти не умирает.

Жизненный цикл многих медуз устроен по принципу «полип — медуза — личинка»: то есть медуза выпускает половые клетки, которые встречаются друг с другом и производят личинку. Личинка оседает на дно и вырастает в полип, от которого потом отпочковывается новая медуза. Такой цикл похож на размножение большинства животных, поскольку в нем есть оплодотворение и смена поколений.

Цикл T. dohrnii устроен похожим образом. Но есть одна деталь: после размножения сама медуза может, претерпев некоторые превращения, осесть на дно и превратиться обратно в полип. Из него снова может получиться медуза, которая способна размножаться — и пока нет данных о том, что этот процесс когда-то останавливается. Это биологи и имеют в виду, когда называют T. dohrnii биологически бессмертной.

Жизненный цикл двух медуз: «смертной» (слева) и «бессмертной» (справа)

Чтобы выяснить, какие механизмы не дают медузе стариться после размножения, Мария Паскуаль-Торнер (Maria Pascual-Torner) из Университета Овьедо и ее коллеги отсеквенировали геном T. dohrnii, а заодно ее родственницы T. rubra, которая не умеет превращаться из медузы обратно в полипа. Всего они обнаружили 17468 генов у T. dohrnii и 9324 гена у T. rubra. Затем исследователи сравнили эти геномы друг с другом и с геномами других животных. В них искали гены, связанные с ключевыми процессами старения (hallmakrs of aging), которые один из соавторов работы, Карлос Лопес-Отин (Carlos López-Otín), выделил в 2013 году.

Ученые обнаружили, что у T. dohrnii гены, связанные со старением, часто встречаются в нескольких копиях — по сравнению с T. rubra, другими стрекающими, позвоночными и даже человеком. У T. rubra тоже нашлось гены с дополнительными копиями генов, но гораздо меньше, чем у их «бессмертной» родственницы.

Исследователи полагают, что наличие нескольких копий свидетельствует о том, что на эти гены особенно сильно давил отбор — а значит, именно они могли сыграть роль в обретении «бессмертия». Среди этих генов многие были связаны с копированием и ремонтом ДНК — то есть устранением генетической нестабильности, одной из важных причин старения. Были и те, что кодируют антиоксиданты — вещества, нейтрализующие свободные радикалы в клетке. Нашлись также отличия в белках, связанных с теломеразой и теломерными петлями — возможно, они как-то помогают медузе удлинять концы своих хромосом и тем самым избегать клеточного старения.

Наконец, ученые проверили, работают ли эти гены и их дополнительные копии во время жизненного цикла T. dohrnii. Оказалось, что многие из них действительно участвуют в превращении медузы в полипа, но по-разному. Например, гены, отвечающие за ремонт ДНК и поддержание длины теломер, вступали в игру уже после образования полипа — и перед его превращением в медузу. А гены, связанные с работой стволовых клеток и внутриклеточной сигнализацией, наоборот, экспрессировались на ранних стадиях превращения в полип.

Таким образом, авторы работы в очередной раз подтвердили, что даже в таких исключительных случаях, как единственное известное «бессмертное» животное, задействованы те же механизмы противодействия старения, что и у всех прочих животных, включая человека. Но потребуется еще долго разбираться в том, как именно эти механизмы работают, и можно ли воспроизвести их в какой-нибудь другой живой системе.

Ученые время от времени секвенируют геномы разных долгожителей — и везде обнаруживают примерно одно и то же: отличия в большом наборе генов, отвечающих сразу за несколько механизмов поддержания молодости.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru