Fot. Getty Images
W starzejących się komórkach chromosomy stają się niestabilne: w nich są aktywowane mobilne elementy genetyczne, przypominające wirusy. Antywirusowy lek, przytłaczający ich aktywność, dał świnki morskiej myszy zdrową starość
Naukowcy Брауновского university w Rhode Island załatwić w złożonym kompleksie procesów zachodzących w starzejących się komórkach. Takie komórki gromadzą się wraz z wiekiem, w wielu tkankach i zaburzają ich funkcje. Z tym wiążą się takie choroby, jak zapalenie kości i stawów, miażdżyca, zanik mięśni szkieletowych i niewydolność nerek. Naukowcom udało się ustalić, jaką rolę w tych procesach odgrywają telefony elementy — plastry chromosomy, które mogą wychodzić z podporządkowania, samodzielnie rozmnażać się i zakorzenić w inne obszary genomu. Wyniki prac przedstawione w niedawnym artykule w czasopiśmie “Nature”.
Skaczące geny wychodzą z pod kontroli
Wcześniej o starzejących się komórkach wiadomo było następujący: zaraz po tym, jak oni przestają się dzielić, z tych komórek na zewnątrz zaczynają wydzielać specjalne molekuły białkowe, dając sygnał do układu odpornościowego. Wydarzenia te nazywane są “секреторным fenotypem, związanym z procesem starzenia się” (SASP). W wyniku starzenie się komórki stają się ogniskową procesu zapalnego i czasami — ale, niestety, nie zawsze — są niszczone przez organizm.
Autorzy badania zwrócili uwagę na jeden ciekawy proces związany z SASP. Rzecz w tym, że w naszym genomie zawiera dość dużo (około 42% ogólnej wielkości genomu) egoistycznych elementów genetycznych. Te elementy, być może, wywodzi się od starożytnych wirusów, takich jak HIV czy zapalenia wątroby typu B. Z wirusami ich łączy wspólny sposób rozmnażania. Najpierw z wirusowych genów, wbudowanych w chromosom ssaków, jest odczytywana RNA. Następnie specjalny enzym, zwany “odwrotnej transkryptazy”, sprawia, że na podstawie tej RNA wiele kopii DNA. Po tym, jeśli chodzi o wirusach, cząsteczki DNA mogą być pakowane w cząstki wirusa i wychodzić poza komórki, zarażając sąsiadów. Ale mobilne elementy genetyczne (są one nazywane “ретротранспозоны”) straciły zdolność tworzyć cząstki. W tym przypadku kopii DNA gromadzą się w komórce i mogą być osadzone w inne obszary genomu, zakłócając pracę genów.
Co będzie, jeśli nie dać procesowi starzenia się komórek dojść do ostatniego etapu?
Wiadomo było, że w starzejących się komórkach gromadzą się naprawdę внеядерные cząsteczki DNA. Autorom pracy udało się połączyć je ze szczególnie powszechne w klasie mobilnych elementów — LINE-1. Elementy te są aktywowane w starzejących się komórkach około 16 tygodni po tym, jak te przestają podział. Na początkowym etapie klatce jeszcze można kontrolować ich aktywność, ale w późniejszej fazie starzenia się proces wymyka się spod kontroli. A dalej występuje następujący: komórka, “widząc” w swojej cytoplazmie cząsteczki DNA, reaguje na nich tak, jakby to objaw infekcji wirusowej (ponieważ przy infekcjach się dzieje w gruncie rzeczy to samo). Włączają się geny ochrony antywirusowej, a wśród nich gen białka interferonu, który sygnalizuje system odpornościowy o problemie. Wydzielanie interferonu — najważniejszy objaw późnej fazy SASP, czyli fenotypu związanego z procesem starzenia się.
Co będzie, jeśli nie dać procesowi starzenia się komórek dojść do tej ostatniej fazie? Aby to zrobić, na przykład, może tak: zablokowanie enzymu odwrotnej transkryptazy, który produkuje pozakomórkowego DNA. Właśnie na tej zasadzie — blokowanie odwrotnej transkryptazy — opierają się wiele nowoczesnych retroviral leki do leczenia zakażeń, takich jak HIV lub zapalenie wątroby W. Jeden z takich preparatów — lamiwudyną — był używany badaczami, aby udowodnić udział opisanego mechanizmu w procesie starzenia się. Lek został wprowadzony myszy w wieku 20-26 miesięcy, co odpowiada późnej starości. U gryzoni gwałtownie zwolnił rozwój niektórych objawów starzenia, takich jak niewydolność nerek, przewlekłe zapalenie i zanik mięśni szkieletowych. Analiza na poziomie komórek wykazały, że zatrzymanie podziału komórek odbywa się zgodnie z planem i wczesne fenotyp starzenia rozwija się normalnie, ale DNA nie gromadzą się w cytoplazmie, a interferon nie jest wydzielane w pozakomórkowego środę.
Lekarstwo na starość?
Naukowcy ostrzegają przed pochopnych prób rozprzestrzeniać otrzymane wyniki z gryzoni na człowieka. Jednak planowany podejście może okazać się obiecujące. Leki, które zwalczają komórki starzenie, jest zazwyczaj dzielą się na dwa rodzaje: сенолитические i сеноморфические. Pierwsze zabijają starzenie się komórki, drugie mutują ich fizjologię tak, aby zmniejszyć szkody dla tkanek i narządów. Doświadczenia naukowców z Rhode Island świadczą, że lamiwudyną i inne inhibitory odwrotnej transkryptazy są сеноморфическими lekami.
Ingerować w procesy starzenia się komórek czasami może być niebezpieczne: wiadomo, że zatrzymanie podziału komórek ważne dla zapobiegania rozwoju nowotworów złośliwych, a ponieważ сеноморфические leki mogą potencjalnie być rakotwórczym. Jednak w tym przypadku naukowcy wykazały, że lamiwudyną w żaden sposób nie wpływa na podział komórek i nawet nie zapobiega powstawaniu fenotypu związanego z procesem starzenia się. On tylko nie daje mu rozwinąć się do późnej fazy, na której następuje wydzielanie interferonu. W ten sposób, nie ma podstaw, by spodziewać się ewentualnych konsekwencji wynikających z zastosowania leku, tym bardziej, że jest on już używany w medycynie, choć w innych kontekstach. Jednak obserwacje za myszami odbywały się w ciągu zaledwie sześciu miesięcy, dla bardziej pewne wnioski należy sprawdzić obecność odległych skutków. Jeśli wstępne wyniki się potwierdzą, to otworzy drogę do opracowania terapii wielu ludzkich chorób, w których leżą procesy starzenia się komórek.
O szczegółach molekularnego mechanizmu aktywacji retrotransposons w starzejących się komórkach można przeczytać w naukowo-popularnej artykule w “Nature”.