Сколько Indy нужно для продления жизни?
В течение многих лет исследователи занимаются изучением влияния, оказываемого мутациями гена Indy (аббревиатура от англ. «I’m Not Dead Yet» – я еще не умер) на метаболизм, продолжительность жизни и репродуктивное здоровье млекопитающих и мух-дрозофил. До сих пор эти эксперименты проводились только в лабораторных условиях.
Новое исследование ученых из университета Брауна в корне изменило ситуацию. На основании результатов изучения геномов дрозофил, собранных по всему миру в течение 60 лет, они пришли к выводу, что по крайней мере одна особо важная вариация этого гена, оказывающая значительное влияние на продолжительность жизни, широко распространена в природе.
Описанная авторами вариация представляет собой возникающую естественным образом вставку мобильного генетического элемента (транспозона) Hoppel в определенный регион гена Indy. Она с разной частотой встречалась у мух 17 из 22 линий из разных стран мира, некоторые из которых берут свое начало в середине прошлого столетия. Например, носителями Hoppel являются 100% особей содержащейся в неволе линии дрозофил, родоначальники которой отловлены в Мумбаи (Индия) в 2006 году, и 55% особей линии, берущей начало в 1955 году на острове Оаху Гавайского архипелага.
Распространенность мутации гена Indy в мире. Каждому сектору круговой диаграммы соответствует линия мух-дрозофил, имеющая отличное от других линий географическое происхождение. Площадь закрашенной зоны каждого сегмента пропорциональна частоте встречаемости в популяции гена Indy со встроенным в него транспозоном Hoppel. Особи с такой мутации живут значительно дольше, чем особи, не имеющие ее (схема из статьи в Aging).
По словам одного из руководителей исследования профессора Стивена Хелфанда (Stephen Helfand), он припоминает, как в 2000 году, когда он впервые опубликовал в журнале Science статью, результаты которой свидетельствуют о влиянии гена Indy на продолжительность жизни, несколько репортеров задались вопросом, почему «полезные» мутации этого гена не встречаются в живой природе.
Результаты исследования, проведенного 14 лет спустя, продемонстрировали, что это не так. По крайней мере одна из таких мутаций встречается у дрозофил из удаленных друг от друга регионов и, соответственно, имеющих очень разные генотипы. Это свидетельствует о важной эволюционной роли данной мутации.
Исследователи проанализировали физиологические эффекты встроенного в ген Indy транспозона Hoppel на трех отличающихся линиях дрозофил. Особи-прародители этих линий были отловлены в на Гавайях – на острове Оаху в 1950-х годах и в городе Капитан Кук в 2007 году, а также в Мексиканском штате Идальго в 2005 году. В каждой линии были как особи-носители комплекса Indy-Hoppel, так и особи с неизмененным геном Indy.
Наблюдения показали, что гетерозиготные по данному признаку самки откладывали на 10% больше яиц, чем самки, имевшие только нормальные копии гена Indy. В то же время, меньше всего яиц откладывали самки, имевшие транспозон Hoppel в обеих аллелях гена Indy. Судя по всему, присутствие в геноме только одной копии содержащего Hoppel гена Indy наделяет насекомых преимуществом с точки зрения успешности размножения.
Что касается продолжительности жизни, то как одна, так и две копии измененного гена Indy оказывали выраженный положительный эффект. На 60-й день в живых оставалось более 80% дрозофил с одной копией измененного гена и чуть меньше, около 80%, гомозигот (с двумя аллелями Indy-Hoppel). Среди дрозофил, имеющих по две нормальных копии гена Indy, до 60 дней дотянуло менее 60%
Несмотря на многочисленные более ранние эксперименты, исследователи до сих пор до конца не разобрались в том, каким образом ген Indy оказывает свое влияние. Судя по всему, кодируемый им белок вовлечен в регулирование поступления метаболически важных малых молекул, таких как цитрат, в цитоплазму клетки. Мутации этого гена влияют на концентрацию этих соединений в цитоплазме. Некоторые из них эффективно имитируют эффекты низкокалорийной диеты, обеспечивая увеличение продолжительности жизни дрозофил и нематод.
Гипотеза, которую хотели проверить Хелфанд и его группа, заключается в том, что мутации Indy, изменяя его активность, регулируют экспрессию его гена, что может как положительно, так и отрицательно сказываться на состоянии организма. Для этого они измерили в клетках дрозофил уровни кодирующей белковый продукт Indy матричной РНК, использующейся в качестве молекулярного индикатора экспрессии генов. Полученные результаты показали, что чем больше копий Hoppel было встроено в ген Indy, тем выше была экспрессия этого гена. Учитывая то, что гетерозиготные особи живут дольше других и откладывают больше всего яиц, оптимальным вариантом является умеренный уровень экспрессии гена Indy.
Ранее специалисты склонялись к мнению, что встраивание транспозонов в гены в целом оказывает губительное влияние на организм. Данное исследование является одним из немногочисленных документально зафиксированных случаев обратной закономерности. Более того, полученные результаты свидетельствуют о том, что мутации, возникающие в результате встраивания мобильных генетических элементов, могут являться одним из механизмов появления новых генов, предоставляющим материал для естественного отбора и адаптивной эволюции.
Статья Chen-Tseh Zhu et al. Indy gene variation in natural populations confers fitness advantage and life span extension through transposon insertion опубликована в открытом доступе в журнале Aging.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Brown University:
Longevity mutation found in flies far and wide.
11.02.2014