В революционном исследовании, которое проводилось более 13 лет, исследователи под руководством Гарвардского университета Доктор Дэвид Синклер возможно, только что перевернули с ног на голову все, что мы знали о старении. На протяжении десятилетий ведущая теория, объясняющая, почему все живые существа стареют и в конечном итоге увядают и умирают, заключается в том, что старение происходит из-за мутаций в ДНК, поскольку клетки со временем делятся и размножаются.

Но ученые из Гарварда теперь показали, что мутации ДНК — это лишь часть картины, и гораздо более важную роль может играть эпигенетика. Они доказали свою точку зрения, старея или обращая старение вспять у мышей почти с той же легкостью, что и щелчок выключателем.

Информационная теория старения

ДНК подобна проекту жизни, который содержит инструкции, необходимые организму для роста, развития, выживания и размножения. ДНК делает это, контролируя синтез белка. Каждый ген имеет уникальную последовательность, которая образует отдельный белок, и все гены внутри вашего тела составляют геном. Когда ген мутирует, это похоже на изменение одной или нескольких частей последовательности гена.

С другой стороны, эпигенетические изменения — это генетические модификации, которые влияют на активность генов без изменения последовательности ДНК. Одним из примеров эпигенетических изменений является метилирование ДНК — добавление метильной группы или «химической кепки» к части молекулы ДНК, что предотвращает экспрессию определенных генов. Эти эпигенетические изменения могут быть вызваны диетой, стрессорами и загрязнителями окружающей среды.

Представьте себе оркестр, играющий на грандиозном концерте. Каждый инструмент в оркестре подобен гену в вашем теле, а музыка, которую он играет, похожа на черты характера, которые контролирует ген. Дирижер, или эпигенетик, говорит каждому инструменту, когда играть, а когда молчать. Это меняет звучание музыки точно так же, как эпигенетика меняет работу ваших генов.

За последние годы эпигенетика вызвала большой интерес из-за ее огромного потенциала в преобразовании здравоохранения. Видите ли, когда в организме происходят генетические мутации, вы мало что можете сделать. Но если такое заболевание, как рак или болезнь Альцгеймера, на самом деле вызвано эпигенетическими изменениями, то эта ситуация полностью обратима. И доктор Синклер считает, что то же самое справедливо и в отношении старения.

Профессор Синклер выдвинул то, что он называет «Информационной теорией старения», которая утверждает, что старение практически всех эукариот (а это значит и нас) происходит из-за потери эпигенетической информации с течением времени, а не просто из-за накопления мутаций в клетках. . Один из способов объяснить это состоит в том, что клетки стареют и начинают работать со сбоями из-за сбоев программного обеспечения, а не из-за повреждения основного оборудования. Фундаментальное следствие этого важного изменения парадигмы в том, как ученые рассматривают биологическое старение, заключается в том, что старение гораздо более обратимо, чем считалось, если вы «исправляете» код.

Все живые клетки организма содержат одни и те же генетические инструкции, закодированные в их ДНК. Причина, по которой клетка может развиться в особо специализированную клетку, такую ​​как клетка кожи или нейрон, связана с эпигенетическими факторами, которые включают и выключают определенные гены, что приводит к клеточной дифференцировке.

Возвращаем биологические часы вспять

В ходе экспериментов группа Синклера ввела разрывы в ДНК очень молодых мышей, чтобы ускорить старение, подобно нажатию кнопки быстрой перемотки вперед на Netflix. Эти разрывы в хромосомах были расположены за пределами кодирующих областей ДНК мышей, а это означает, что не было нанесено ущерба самим генам, а только областям между ними. Это предотвращает развитие генных мутаций у мышей, и любые изменения будут происходить исключительно из-за способа сворачивания ДНК.

Через несколько недель мыши выглядели ненормально старыми для своего хронологического возраста: у них был серый мех, меньшая масса тела, меньшая активность и признаки слабости. Исследователи связали эти эффекты с тем фактом, что эпигенетические факторы, которые в норме должны регулировать гены, были дезорганизованы и неактивны, вероятно, потому, что они потеряли свою первоначальную информацию.

Но затем ученые применили вирусную генную терапию, состоящую из трех генов — Oct4, Sox2 и Klf4 — входящих в так называемые факторы стволовых клеток Яманаки, которые обычно используются для превращения взрослых специализированных клеток, таких как клетки кожи, в стволовые клетки. (технически называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки). Но на этот раз эти факторы не превратили взрослые клетки в стволовые, а просто обнулили эпигенетическую историю клеток и лежащие в их основе инструкции по изменению экспрессии генов.

Эта терапия, известная как «ICE» (индуцируемые изменения эпигенома), заметно обратила вспять эпигенетические изменения, исправляя разрывы ДНК и впоследствии омолаживая мышей, обращая вспять эффекты старения. Исследователи пришли к выводу, что «при способности стимулировать старение как в прямом, так и в обратном направлении потеря эпигенетической информации является причиной старения млекопитающих».

Тот же метод использовала другая группа из биотехнологической компании Rejuvenate Bio, чтобы продлить продолжительность жизни мышей на целых 109%. Ранее, в 2020 году, команда Синклера использовала ICE для восстановления зрения у старых мышей, но новые результаты показывают, что омоложения можно достичь по всему телу, а не только в определенной ткани или органе. Отсюда следует, что, по крайней мере теоретически, та же самая терапия может быть использована для обращения вспять возрастных заболеваний, от которых в настоящее время страдает человечество, включая такие неизлечимые в настоящее время болезни, как болезнь Альцгеймера. В другом исследовании группа Синклера также показала, что использование факторов Яманаки может обратить вспять эпигенетический возраст старых нейронов.

Все это звучит потрясающе, но подействует ли это на людей? На данный момент это совсем не ясно, потому что старение — очень сложный процесс. Более того, новое исследование, какими бы захватывающими ни были его результаты, похоже, поднимает больше вопросов, чем дает ответов, поскольку до сих пор остается загадкой, как именно эти эпигенетические факторы выполняют всю свою работу по омоложению. Исследователи просто знают, что это каким-то образом работает.

Синклер и его коллеги сейчас тестируют ICE на приматах. Мы будем внимательно следить за этими событиями, поскольку они могут открыть дверь в новую эпоху терапии омоложения и долголетия, которая может коснуться жизни миллиардов людей.

Новые результаты появились в журнале Клетка.

Эта статья была первоначально опубликована в январе 2023 года и дополнена новой информацией.