В эмбрион гидры вводится генетическая последовательность. (CAU/Wittlieb)
Почему мы стареем? Когда и от чего мы умрем? Может ли быть жизнь без старения? На эти вопросы наука пытается ответить на протяжении столетий. Изучая, почему бессмертен пресноводный полип гидра, ученые из немецкого города Киля неожиданно обнаружили связь этого феномена со старением человеческого организма.
Исследование, проведенное Кильским университетом (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, CAU) совместно с Университетской клиникой земли Шлезвиг-Гольштейн (Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, UKSH), опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Science.
Крошечная пресноводная гидра не проявляет никаких признаков старения и потенциально бессмертна. Этому кажущемуся парадоксу – существованию бессмертного живого существа в мире, где все живое конечно, – на самом деле существует относительно простое биологическое объяснение: гидры размножаются исключительно почкованием, а не половым путем. Предпосылкой для такого вегетативного воспроизводство является то, что стволовые клетки любого полипа способны к непрерывной пролиферации. Не имея таких стволовых клеток, это животное не сможет размножаться. Потенциальное бессмертие сделало гидру особенно интересным объектом для изучения процесса старения.
Пресноводная гидра, животное размером около 1 см, объект многочисленных научных исследований. (Фото: CAU/Fraune)
В процессе старения все большее и большее число стволовых клеток человека теряют способность к размножению и, следовательно, к образованию новых клеток. Стареющая ткань уже не может восстанавливаться в полном объеме, примером чему является возрастная атрофия мышц. Пожилые люди, как правило, чувствуют слабость, потому что процесс старения сказывается и на мышцах сердца. Если бы на эти процессы можно было влиять, хорошее физическое самочувствие сохранялось бы гораздо дольше. Изучение тканей животных, таких как ткани гидры – полной активных стволовых клеток в течение всей жизни – может дать ценную информацию о старении стволовых клеток как таковом.
«Удивительно, но наши поиски гена, ответственного за бессмертие гидры, привели нас к так называемому гену FoxO», - рассказывает первый автор исследования аспирант Анна-Марей Бём (Anna-Marei Böhm).
Для того чтобы найти этот ген, ученые выделили стволовые клетки гидры и провели скрининг всех их генов. Ген FoxO есть у всех животных, в том числе и у человека, и известен в течение многих лет. Тем не менее, до сих пор оставалось неясным, почему по мере старения количество стволовых клеток у человека становится меньше, а активность оставшихся с возрастом падает, какие биохимические механизмы ответственны за это постепенное угасание и играет ли какую-либо роль в старении ген FoxO.
Исследователи изучили нескольких генетически модифицированных полипов: гидр с нормальной активностью FoxO, с неактивным FoxO и с FoxO с повышенной экспрессией. Им удалось показать, что у животных без FoxO количество стволовых клеток значительно меньше, а их рост замедляется. Интересно, что у животных с неактивным FoxO изменяется и иммунная система.
Профессор Томас Бош (Thomas Bosch) со своей группой – Анной-Марей Бём (Anna Marei Böhm), Йоргом Виттлибом (Jörg Wittlieb) и доктором Константином Халтуриным. (Konstantin Khalturin). (Фото: CAU/Winters)
«Грубые изменения в иммунной системе, аналогичные тем, которые наблюдались у генетически модифицированных гидр, характерны и для пожилых людей», - поясняет Филип Розенштиль (Philip Rosenstiel) из Института клинической молекулярной биологии (Institut für Klinische Molekularbiologie) UKSH, чья исследовательская группа принимала участие в этой работе.
«Наша группа впервые показала, что между геном FoxO и старением существует прямая связь», - комментирует результаты исследования профессор Томас Бош (Thomas Bosch) из Зоологического института (Zoologischen Institut) CAU, возглавлявший исследование на гидрах. «Высокая активность гена FoxO, уже установленная у долгожителей – людей старше ста лет – является, с большой степенью вероятности, решающим фактором старения, в том числе и у человека».
Эту гипотезу, конечно, невозможно проверить непосредственно на организме человека, поэтому следующим шагом должно быть более глубокое изучение функции гена долголетия FoxO у гидры и влияния на его активность факторов внешней среды. Но, подчеркивает профессор Бош, полученные ими результаты все равно являются большим шагом вперед в изучении процесса старения человека.
Исследование немецких ученых позволяет сделать два основных научных вывода. Во-первых, ген FoxO играет решающую роль в сохранении стволовых клеток и, таким образом, определяет продолжительность жизни животных – от примитивных стрекающих до человека. Во-вторых, старение и продолжительность жизни организмов фактически зависят от двух факторов: сохранения стволовых клеток и поддержания функциональности иммунной системы.
Источник: LifeSciencesToday
