Идентифицирован еще один механизм старения
Результаты исследования ученых института биологических исследований Солка и академии наук Китая, работающих под руководством Хуана Карлоса Испизуа Бельмонте (Juan Carlos Izpisua Belmonte), свидетельствуют о том, что процесс старения тесно взаимосвязан с нарушением целостности гетерохроматина – плотно упакованных участков клеточной ДНК.
В рамках своей работы авторы изучали причину развития синдрома Вернера, или прогерии взрослых – наследственного заболевания, вызывающего преждевременное старение и раннее развитие возрастных болезней, таких как катаракта, сахарный диабет 2 типа, атеросклероз и рак. Продолжительность жизни пациентов с таким заболеванием составляет, как правило, 40-50 лет.
Синдром Вернера вызывается мутацией гена WRN, белковый продукт которого представляет собой фермент, поддерживающий структуру и целостность ДНК человека. Дефекты этого белка приводят к нарушениям механизмов репликации и восстановления повреждений ДНК, а также экспрессии генов, считавшихся ответственными за преждевременное старение. Однако до сих было неясно, каким образом мутантный белок нарушает эти важнейшие внутриклеточные процессы.
Слева изображены нормальные клетки человека, а справа – являющиеся моделью синдрома Вернера модифицированные клетки, демонстрирующие проявления старения, в том числе аномально большие размеры.
Для выяснения этого вопроса авторы создали клеточную модель синдрома Вернера путем удаления гена WRN из генома стволовых клеток человека. Детальное изучение таких преждевременно стареющих клеток показало, что отсутствие гена WRN приводило к дезорганизации структуры гетерохроматина – плотно скрученных цепочек ядерной ДНК. Дальнейшие эксперименты показали, что белковый продукт этого гена непосредственно взаимодействует с молекулярными структурами, обеспечивающими стабильность гетерохроматина.
Плотное скручивание цепочек ДНК в составе гетерохроматина обеспечивает контроль над активностью генов и управление сложным комплексом внутриклеточных молекулярных механизмов. К внешней поверхности гетерохроматина прикрепляются химические маркеры, или эпигенетические метки, регулирующие его структуру. Перестройки этих химических меток могут изменять структуру гетерохроматина, подавляя или активируя экспрессию тех или иных генов.
По словам Испизуа Бельмонте, выявленная взаимосвязь объясняет, каким образом мутация в одном гене ведет к глобальному нарушению клеточных процессов, вызываемому сбоями в эпигенетическом регулировании активности генов. В более широком смысле это свидетельствует о том, что накопление нарушений структуры гетерохроматина может быть основной причиной клеточного старения. Это подводит к вопросу о возможности восстановления этих нарушений для предотвращения или излечения ассоциированных с возрастом заболеваний и возрастного угасания функций организма.
Авторы также отмечают, что до полного понимания роли нарушения структуры гетерохроматина в старении, в том числе его взаимодействия с другими вовлеченными в старение клеточными процессами, такими как укорочение теломер, еще предстоит проделать немало скрупулезной работы.
Статья Weiqi Zhang et al. A Werner syndrome stem cell model unveils heterochromatin alterations as a driver of human aging опубликована в журнале Science.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Salk Institute for Biological Studies:
Scientists discover key driver of human aging.
07.05.2015