Ключ к клеточной юности может заключаться в том, чтобы держать нуклеол—компактную структуру внутри ядра клетки—маленьким, согласно исследователям из Weill Cornell Medicine. Открытия были сделаны на дрожжах, модельном организме, известном производством хлеба и пива, который удивительно похож на людей на молекулярном уровне.
Результаты, опубликованные в Nature Aging, могут привести к новым методам долголетия, которые продлят человеческую жизнь. Это также создает таймер смертности, который показывает, сколько времени осталось у клетки до смерти.
С возрастом люди становятся более подвержены таким заболеваниям, как рак, сердечно-сосудистые заболевания и неврологические болезни.
"Старение является самым высоким фактором риска для этих заболеваний," сказала доктор Джессика Тайлер, профессор патологии и лабораторной медицины в Weill Cornell. "Вместо того чтобы лечить каждое заболевание отдельно, лучшим подходом было бы разработать терапию или добавку, которая задержит начало заболеваний, предотвращая основные молекулярные дефекты, которые их вызывают." Нуклеол может быть ключом.
Ядро содержит хромосомы клетки, в то время как нуклеол содержит рибосомальную ДНК (рДНК). Нуклеол изолирует рДНК, которая кодирует РНК-компоненты рибосом, механизма построения белка. рДНК является одной из самых хрупких областей генома из-за своей повторяющейся природы, что делает ее трудной для поддержания и ремонта в случае повреждения. Если повреждения рДНК не будут правильно отремонтированы, это может привести к хромосомным перестройкам и смерти клетки.
Нуклеолы увеличиваются с возрастом организмов, от дрожжей до червей и людей. Меры по борьбе со старением, такие как ограничение калорий или меньшее питание, приводят к меньшим нуклеолам. "Ограничение калорий делает так много разных вещей, и никто не знает точного способа, которым оно продлевает жизнь," сказал профессор.
Доктор Тайлер и первый автор статьи, постдокторский исследователь доктор Х. Игнасио Гутиеррес, подозревали, что поддержание нуклеолов в маленьком размере может замедлить старение. Чтобы протестировать эту идею, они создали искусственный способ прикрепления рДНК к мембране, окружающей ядро клеток дрожжей, чтобы контролировать, когда она была закреплена, а когда нет. "Преимущество нашей системы заключается в том, что мы могли изолировать размер нуклеола от всех других эффектов стратегий по борьбе со старением," сказал Гутиеррес.
Исследователи обнаружили, что прикрепление нуклеола было достаточным для поддержания его компактности, и что маленькие нуклеолы замедляли старение в той же степени, что и ограничение калорий.
Удивительно, но нуклеолы не увеличивались с одинаковой скоростью на протяжении всей жизни клеток. Они оставались маленькими большую часть жизни дрожжей, но когда нуклеолы достигали определенного порога размера, они внезапно начинали быстро расти и расширяться до значительно большего размера. Клетки в среднем выживали еще пять делений после достижения этого порога.
"Когда мы увидели, что это не линейное увеличение размера, мы поняли, что происходит что-то действительно важное," сказал Гутиеррес. Преодоление порога, похоже, служит таймером смертности, отсчитывающим последние моменты жизни клетки.
В процессе старения ДНК накапливает повреждения, некоторые из которых могут быть разрушительными для клеток. В ходе испытаний команда обнаружила, что большие нуклеолы имели менее стабильную рДНК по сравнению с меньшими. Кроме того, когда структура велика, белки и другие факторы, которые обычно исключаются из нуклеола, больше не удерживаются. Это как будто нуклеол становится протекающим, позволяя молекулам разрушать хрупкую рДНК.
"Вся суть конденсатов заключается в том, чтобы разделять биологические реакции, чтобы помочь им работать эффективно, но теперь, когда другие белки попадают в нуклеол, это приводит к геномной нестабильности, что и вызывает конец жизненного цикла," сказала доктор Тайлер. Эти белки могут вызывать проблемы, такие как накопление хромосомных перестроек.
В дальнейшем исследователи планируют изучить влияние нуклеолов на старение в человеческих стволовых клетках. Стволовые клетки уникальны тем, что они могут заменять другие типы клеток по мере их гибели. Однако в конечном итоге стволовые клетки прекращают делиться, поэтому исследователи надеются использовать знания, полученные в ходе этого проекта, чтобы продлить их жизнь.
"Я был взволнован тем, что мы смогли соединить структуру нуклеола с процессом восстановления таким образом, который мог бы сохраняться от дрожжей до людей," сказал Гутиеррес.