Можно ли задержать процесс старения или даже обратить его вспять? Исследование во главе с профессором Юн-Ичи Хаяси из Университета Цукуба в Японии показало, что, по крайней мере, в линиях человеческих клеток это возможно. Ученые также обнаружили, что регуляция двух генов, вовлеченных в производство глицина – самой маленькой и самой простой аминокислоты, — частично отвечает за некоторые характеристики старения.

Профессор ХаясиПрофессор Хаяси, которого студенты называют «Белый Лев» за его белые волосы и сильный голос.

Профессор Хаяси и его команда сделали это потрясающее открытие в процессе решения некоторых спорных вопросов, связанных с популярной теорией старения. Эта теория – митохондриальная теория старения – предполагает, что связанные со старением митохондриальные дефекты управляются накоплением мутаций в митохондриальной ДНК.

Аномальные функции митохондрий являются одними из признаков старения у многих видов, включая человека. Это, главным образом, из-за того, что митохондрии являются так называемыми электростанциями клетки, так как они вырабатывают энергию в процессе, названном клеточным дыханием.

Повреждение митохондриальной ДНК приводит к изменениям или мутациям в последовательности ДНК. Накопление этих изменений связано с уменьшением продолжительности жизни и ранним появлением признаков старения, таких как снижение веса, выпадение волос, искривление позвоночника и остеопороз.

Однако существует много противоречивых доказательств, что поддают сомнениям обоснованность этой теории. Ученые Университета Цукуба, в частности, провели некоторые убедительные исследования, которые позволили им предположить, что связанные с возрастом митохондриальные дефекты не контролируются накоплением мутаций в ДНК митохондрий, а другой формой генетической регуляции.

Исследование, опубликованное в мае 2015 года в престижном журнале Nature’s Scientific Reports, изучило функции митохондрий в человеческих клетках фибробластах, выделенных от молодых (в возрасте от плода до 12 лет) и пожилых (в возрасте 80-97 лет) людей. Исследователи сравнили митохондриальное дыхание и количество повреждений ДНК в митохондриях двух групп, ожидая обнаружить снижение клеточного дыхания и увеличение повреждения ДНК в клетках пожилых людей.

Хотя группа пожилых имела снижение тканевого дыхания, в соответствии с существующей теорией, не было обнаружено никакой разницы в количестве повреждений ДНК между клетками групп молодых и пожилых участников. Это позволило исследователям предположить, что существует другая форма генетической регуляции, эпигенетической регуляции, которая может быть ответственной за связанные с возрастом эффекты, обнаруженные в митохондриях.

Эпигенетическая регуляция относиться к изменениям, таким как добавление химических структур или белков, которые нарушают физическую структуру ДНК, что приводит к включению или выключению генов. В отличие от мутаций, эти изменения не нарушают саму последовательность ДНК. Если эта теория верна, то генетическое перепрограммирование клеток в состояние, подобное эмбриональным стволовым клеткам, смогло бы устранить любые эпигенетические изменения, связанные с митохондриальной ДНК.

Для того чтобы проверить эту теорию, исследователи перепрограммировали линии человеческих фибробластных клеток, полученных от молодых и пожилых людей, в состояние, подобное эмбриональным стволовым клеткам. Затем эти клетки были обратно превращены в фибробласты, и была оценена дыхательная функция их митохондрий. Удивительно, что связанные со старением дефекты были обращены вспять – все фибробласты имели уровень клеточного дыхания, сравнимый с уровнем фетальной линии фибробластных клеток, независимо от того, были ли они получены от молодых или от пожилых людей. Это указывает на то, что процессы старения в митохондриях контролируются эпигенетической регуляцией, а не мутациями.

После этого ученые искали гены, которые могут быть контролируемы эпигенетически в результате этих связанных со старением митохондриальных дефектов. Были обнаружены два гена — CGAT и SHMT2, — которые регулируют производство глицина в митохондриях. Исследователи показали, что, изменив регуляцию этих генов, они могут вызвать нарушение или восстановление функций митохондрий в линиях фибробластных клеток.

В захватывающем открытии добавление глицина в течение 10 дней в культуру линии фибробластных клеток 97-летнего человека восстановило их дыхательную функцию. Это говорит о том, что лечение глицином может обратить связанные со старением дефекты тканевого дыхания в фибробластах пожилых людей.

Эти результаты демонстрируют, что, в отличие от митохондриальной теории старения, эпигенетическое регулирование контролирует связанные со старением дефекты клеточного дыхания в линиях человеческих фибробластных клеток. Может ли эпигенетическая регуляция также контролировать старение у людей? Эту теорию еще предстоит проверить; а если ее удастся доказать — это может привести к лечению глицином, которое будет предоставлять нашему пожилому населению новую жизнь.