Наука розвертає старіння в клітинах навспак

У знаменитій пісні групи Queen є приспів: «Who wants to live forever?» (Хто хоче жити вічно?). Здається, невдовзі наука зможе осягнути цю незапам’ятну людську мрію – вічне життя. Японські вчені на чолі з Джунічі Хаяші з Цукубського університету довели, що у людських клітин можливо сповільнити чи навіть розвернути біологічний годинник, який відповідає за старіння. Крім того, вони встановили, що два гени, які контролюють виробництво організмом гліцину – найменшої та найпростішої амінокислоти – частково відповідають і за деякі характеристики старіння.

Професор Хаяші та його команда здійснили це захоплююче відкриття, намагаючись дати відповідь на деякі контроверсійні запитання, що випливають з популярної нині інтерпретації старіння.

Це – т. зв. мітохондріальна теорія старіння. Вона постулює, що причиною старіння виступають мітохондріальні дефекти, які обумовлює накопичення мутацій в мітохондріальних ДНК. Неправильне функціонанування мітохондрій – це один з ключових показників старіння у багатьох видів живих організмів, включаючи людей. Мітохондрії, які називають енергетичними станціями клітин, продукують енергію у процесі клітинного дихання. Унаслідок пошкодження мітохондріальних ДНК настають мутації в геномі і, як наслідок, організм змінюється: втрачається чи появляється зайва вага, відбувається втрата волосся, викривлення хребта, стають ламкішими кістки і под.

Проте останніми роками стали нагромаджуватися факти, які суперечать цій теорії та ставлять її під сумнів. Намагаючись пояснити ці факти, команда Хаяші довела, що мітохондріальні дефекти, які пов’язують з віковим змінами організму, насправді не мають відношення до накопичення мутацій в мітохондріальній ДНК, а за них відповідають інші генетичні мутації. Вчені зайнялися вивченням людських фібробластих клітинних ліній, узятих від двох груп людей: молодих (від 0 до 12 р.) та старих (80-97 рр.). Результати дослідження опубліковано в журналі Scientific Reports. У двох груп клітин порівняли параметри мітохондріального диханння та кількість пошкоджень мітохондріальних ДНК. Вчені очікували побачити зменшені параметри дихання та більшу кількість пошкоджень у старшої групи. Натомість поряд із гіршими параметрами дихання, на своє здивування, у старшої групи не виявили різниці у кількості пошкоджень. Як наслідок, вчені дійшли висновку, що за ефекти, пов’язані зі старінням у мітохондріях, відповідає інша форма генетичної регуляції – епігенетична регуляція.

Епігенетична регуляція стосується змін, які вимикають чи вмикають ті чи інші гени в ДНК, проте не змінюють саму послідовність ДНК. Звідси випливає, що якщо генетично перепрограмувати клітини до стану стовбурових, то це забере усі епігенетичні зміни, пов’язані з мітохондріальною ДНК. Щоб протестувати цю гіпотезу, дослідники перепрограмували людські фібробластні стовбурові клітинні лінії, отримані і від молодих, і старих людей, до ембріонного стану, а згодом їх назад повернули до стану фібробласт. Неймовірно, але усі зміни, пов’язані з віком, були усунені. Фібробласти старих людей мали такі ж параметри клітинного дихання, що й фібробласти новонароджених!

Наступним кроком було виокремити гени, що піддаються епігенетичному контролю. Це дає змогу регулювати пов’язані зі старінням мітохондріальні дефекти. Дослідники знайшли два таких гени, що регулюють виробництво гліцину у мітохондріях, – CGAT і SHMT2. В процесі дослідження було встановлено, що, змінюючи регуляцію цих генів, можна або прискорювати старіння, або, навпаки, сповільнювати його чи навіть повернути у зворотний бік. Вчені на чолі з Хаяші встановили, що додавання гліцину до культурного середовища фібробластних клітинних ліній, отриманих від 97-річного добровольця, відновило дихальну функцію цих клітин до рівня молодої людини.

Отже, японські вчені отримали незаперечні докази, що саме епігенетична функція, на відміну від мітохондріальної теорії старіння, контролює накопичення вікових дефектів у людських фібробластних клітинах. Чи відповідає ця функція за старіння організму в цілому? На це запитання ще слід буде відповісти у майбутніх дослідженнях. Якщо відповідь буде позитивною, то гліцинна терапія, мабуть, зможе повернути старшим людям другу молодість у буквальному сенсі.