Μια μελέτη σε ένα μοντέλο C. elegans δείχνει ότι η ισορροπία των mRNAs στα κύτταρα επηρεάζει τη διάρκεια ζωής

Γιατί κάποιοι άνθρωποι ζουν περισσότερο από άλλους; Τα γονίδια στο DNA μας είναι σημαντικά για να μας βοηθήσουν να αποφύγουμε ασθένειες και να διατηρήσουμε τη συνολική υγεία, αλλά οι διαφορές στην αλληλουχία του γονιδιώματος εξηγούν λιγότερο από το 30% της φυσικής διακύμανσης στη διάρκεια της ανθρώπινης ζωής.

Η διερεύνηση των επιπτώσεων της γήρανσης σε μοριακό επίπεδο θα μπορούσε να ρίξει φως στις διακυμάνσεις στη διάρκεια ζωής, αλλά η συλλογή δεδομένων με την ταχύτητα, την κλίμακα και την ποιότητα που απαιτείται για τη μελέτη αυτού του ζητήματος στους ανθρώπους είναι αδύνατη. Έτσι, οι ερευνητές στρέφονται στα σκουλήκια (Caenorhabditis elegans). Οι άνθρωποι έχουν πολλές βιολογικές ομοιότητες με αυτά τα μικρά πλάσματα, τα οποία έχουν επίσης μεγάλη φυσική διακύμανση στη διάρκεια ζωής.

Ερευνητές στο Κέντρο Γονιδιωματικής Ρύθμισης (CRG) παρακολούθησαν χιλιάδες γενετικά πανομοιότυπα σκουλήκια σε ελεγχόμενο περιβάλλον. Ακόμα και όταν η διατροφή, η θερμοκρασία και η έκθεση σε θηρευτές και παθογόνα ήταν τα ίδια για όλα τα σκουλήκια, πολλά από αυτά συνέχισαν να ζουν περισσότερο ή λιγότερο από τον μέσο όρο.

Η μελέτη ανίχνευσε την αιτία αυτής της διακύμανσης σε αλλαγές στα επίπεδα του mRNA στα βλαστικά κύτταρα (κύτταρα που εμπλέκονται στην αναπαραγωγή) και στα σωματικά κύτταρα (κύτταρα που σχηματίζουν το σώμα). Η ισορροπία του mRNA μεταξύ αυτών των δύο τύπων κυττάρων διαταράσσεται ή «αποσυνδέεται» με την πάροδο του χρόνου, με αποτέλεσμα ορισμένα άτομα να γερνούν πιο γρήγορα από άλλα. Τα ευρήματα δημοσιεύονται στο περιοδικό Cell.

Η μελέτη διαπίστωσε επίσης ότι η έκταση και η ταχύτητα της διαδικασίας αποσύνδεσης ρυθμίζονται από μια ομάδα τουλάχιστον 40 διαφορετικών γονιδίων. Αυτά τα γονίδια παίζουν πολλούς διαφορετικούς ρόλους στο σώμα, από τον μεταβολισμό έως το νευροενδοκρινικό σύστημα. Αλλά η μελέτη είναι η πρώτη που δείχνει ότι όλα αλληλεπιδρούν για να κάνουν ορισμένα άτομα να ζουν περισσότερο από άλλα.

Η απενεργοποίηση ορισμένων γονιδίων αύξησε τη διάρκεια ζωής των σκωλήκων, ενώ η απενεργοποίηση άλλων τη μείωσε. Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν μια εκπληκτική πιθανότητα: οι φυσικές διαφορές στη γήρανση στα σκουλήκια μπορεί να αντανακλούν τυχαιότητα στη δραστηριότητα πολλών διαφορετικών γονιδίων, κάνοντας να φαίνεται ότι τα άτομα έχουν υποστεί απενεργοποίηση πολλών διαφορετικών γονιδίων.

«Το αν ένα σκουλήκι θα ζήσει 8 ή 20 ημέρες εξαρτάται από φαινομενικά τυχαίες διαφορές στη δραστηριότητα αυτών των γονιδίων. Ορισμένα σκουλήκια φαίνεται να είναι απλώς τυχερά, καθώς έχουν ενεργοποιήσει το σωστό σύνολο γονιδίων την κατάλληλη στιγμή», λέει ο Δρ. Matthias Eder, πρώτος συγγραφέας της εργασίας και ερευνητής στο Κέντρο Γονιδιωματικής Ρύθμισης.

Η εξάλειψη τριών γονιδίων - aexr-1, nlp-28 και mak-1 - είχε ιδιαίτερα δραματική επίδραση στη διακύμανση της διάρκειας ζωής, μειώνοντας το εύρος από περίπου 8 ημέρες σε μόλις 4. Αντί να παραταθεί η ζωή όλων των ατόμων ομοιόμορφα, η αφαίρεση οποιουδήποτε από αυτά τα γονίδια αύξησε σημαντικά τη διάρκεια ζωής των βραχύβιων σκωλήκων, ενώ η διάρκεια ζωής των μακροβιότερων σκωλήκων παρέμεινε ουσιαστικά αμετάβλητη.

Οι ερευνητές παρατήρησαν τις ίδιες επιπτώσεις στη διάρκεια ζωής, την περίοδο που ζούμε με υγεία και όχι μόνο στη σωματική μας ζωή. Η εξάλειψη έστω και ενός από τα γονίδια ήταν αρκετή για να βελτιώσει δυσανάλογα την υγιή γήρανση σε σκώληκες με χαμηλή διάρκεια ζωής.

«Δεν πρόκειται για τη δημιουργία αθάνατων σκουληκιών, πρόκειται για το να κάνουμε τη διαδικασία γήρανσης πιο δίκαιη από ό,τι είναι τώρα. Ουσιαστικά κάνουμε αυτό που κάνουν οι γιατροί - παίρνουμε σκουλήκια που θα πέθαιναν νωρίτερα από τους συνομηλίκους τους και τα κάνουμε πιο υγιή, βοηθώντας τα να ζήσουν πιο κοντά στη μέγιστη δυνατή διάρκεια ζωής τους. Αλλά το κάνουμε αυτό στοχεύοντας στους υποκείμενους βιολογικούς μηχανισμούς της γήρανσης, αντί να θεραπεύουμε απλώς άρρωστα άτομα. Αυτό ουσιαστικά κάνει τον πληθυσμό πιο ομοιόμορφο και μακροβιότερο», δήλωσε ο Δρ. Νικ Στράουστρουπ, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και επικεφαλής της ομάδας στο Κέντρο Γονιδιωματικής Ρύθμισης.

Η μελέτη δεν εξετάζει γιατί η απενεργοποίηση των γονιδίων δεν φαίνεται να επηρεάζει αρνητικά την υγεία των σκωλήκων.

«Πολλά γονίδια μπορεί να αλληλεπιδρούν για να παρέχουν ενσωματωμένο πλεονασμό μετά από μια ορισμένη ηλικία. Μπορεί επίσης να μην χρειάζονται γονίδια από άτομα που ζουν σε ένα ασφαλές, άνετο περιβάλλον, όπως ένα εργαστήριο. Στις σκληρές συνθήκες της άγριας ζωής, αυτά τα γονίδια μπορεί να είναι πιο κρίσιμα για την επιβίωση. Αυτές είναι μόνο μερικές από τις θεωρίες που ισχύουν», λέει ο Δρ. Έντερ.

Οι ερευνητές έκαναν τις ανακαλύψεις τους αναπτύσσοντας μια μέθοδο που μετρά μόρια RNA σε διαφορετικά κύτταρα και ιστούς, συνδυάζοντάς την με τη «Μηχανή Ζωής», μια συσκευή που παρακολουθεί ολόκληρες τις ζωές χιλιάδων νηματωδών ταυτόχρονα. Τα σκουλήκια ζουν σε ένα τρυβλίο Petri μέσα στο μηχάνημα, κάτω από το μάτι του σαρωτή.

Η συσκευή καταγράφει τα νηματώδη μία φορά την ώρα, συλλέγοντας πληθώρα δεδομένων σχετικά με τη συμπεριφορά τους. Οι ερευνητές σχεδιάζουν να δημιουργήσουν μια παρόμοια μηχανή για να μελετήσουν τις μοριακές αιτίες της γήρανσης σε ποντίκια, των οποίων η βιολογία μοιάζει περισσότερο με αυτή των ανθρώπων.