Причина старения, по нашему мнению, кроется на молекулярном уровне, и мы исходим из того, что старение клетки происходит за счёт мутаций и модификаций ДНК.
Клетки человека по типам старения можно разделить на два типа:
Обычные соматические клетки организма стареют из-за укорочения теломер – повторов ДНК на концах хромосом, которые укорачиваются при каждом делении. После того, как теломеры израсходованы, начинает расходоваться ДНК, располагающаяся непосредственно за ними и несущая информацию о гистонах – белках, которые участвуют в упаковке ДНК в хромосомы и тем самым отвечают за целостность и расхождение хромосом при митозе. Если происходит деление клетки с ДНК несущей повреждённую информацию о гистонах, и они не синтезируются, то деление происходит неправильно, и клетка либо погибает, либо становится старой (сенесцентной) – не может более делиться, неправильно функционирует и вырабатывает факторы воспаления. В целом это защитный противораковый механизм, призванный необратимо ограничить деление клеток.
На стволовые клетки (СК) укорочение теломер не распространяется, но со временем они перестают делиться из-за накопления мутаций, что приводит к замедлению и невозможности регенерации, а как следствие к старению и смерти.
Основной вклад в повреждение ДНК вносят мобильные генетические элементы (МГЭ) - ретротранспозоны и эндогенные ретровирусы, их вклад в общее повреждение ДНК 90-99%. Мобильные генетические элементы или, как их назвала первооткрыватель Барбара Мак-Клинток, – Управляющие генетические элементы, имеют, как и ретровирусы, возможность копирования и вставки в новое место, предпочтительно в похожие на собственные концевые участки места генома. С помощью существовавших ранее методов секвенирования невозможно было точно определить количество МГЭ, так как средняя длина ридов при прочтении была меньше, чем длина МГЭ. Теперь же это возможно при помощи системы MinION. МГЭ составляют почти половину из 3-х миллиардов пар оснований, составляющих человеческий геном. Они более сильно метилируются, чем другие участки ДНК, в следствие чего имеют сильное сродство с гистонами. Поэтому при их размножении в геноме и последующем метилировании блокируются целые участки ДНК, в результате чего и образуется паттерн метилирования, так в исследованиях было выявлено, что метилирование аденина в ретротранспозонах LINE1 вызывает сайленсинг не только самих ретротранспозонов, но и фланкирующих генов. Кроме того, ретротранспазоны содержат СССТС-участок связывания белка CCCTC-binding factor за счёт чего происходит более плотная упаковка хроматина в Х-хромасоме. Если это так, то дифференцировка клеток в различные типы идёт вместе с размножением различных МГЭ по хромосомам. В целом размножение МГЭ ведёт не только к мутациям, но и к увеличению размера генома. Связь МГЭ со старением подтверждена в тестах in vitro и in vivo. В половых эмбриональных клетках на определённых стадиях включается механизм подавления МГЭ и вирусных последовательностей (пиРНК и пиви-белки). За счёт этого механизма подавляются все встроенные МГЭ и вирусы, в результате чего и существует бессмертие половых клеток, а распространение МГЭ по геному (дифференцировка) идёт исключительно в дифференцирующихся клетках. В человеческой ДНК остались активны лишь ретротранспозоны LINE1 и зависимые от них Alu-повторы, а также эндогенные ретровирусы.
На втором месте в общем мутационном процессе стоит механизм сайленсинга МГЭ и ретровирусов по средствам превращения 5-метилцитозина в тимин, что подтверждается исследованиями в которых данная модификация названа мутационным таймером старения. Данная мутация приводит к элиминации CpG-островков и как следствие удалению метильных меток, что в свою очередь снимает метилирование и блокировку с соседних генов. Основных причин превращения 5-метилцитозина в тимин три. Первая – целеное воздействие противовирусных ферментов APOBEC. Вторая – под воздействием хлорноватистой кислоты цитозин превращается в 5-хлорцитозин, а последний заменяется на тимин. Третья - спонтанное дезаминирование (потеря аминогрупп) 5-метилцитозина приводит к возникновению остатка тимина.
И так вкратце - существует два основных типа мутационных процессов, приводящих к блокировке и разблокировке генов по мимо процесса метилирования и деметилирования de novo, которое исправно работает в при нормальных услолвиях:
Первый фактор - встраивание МГЭ при их деметилировании, которые содержат последовательности CpG-островков (сайты узнавания), к которым присоединяется различные метил-ДНК-связывающие белки, тем самым блокируя или активируя соседние гены.
Второй фактор мутация метилцитозина в тимин C>T (происходит в тысячу раз чаще чем другие точечные мутации), из-за которой последовательности МГЭ содержащие CpG-островки (сайты узнавания к которым присоединяется различные метил-ДНК-связывающие белки) теряют специфичность к метил-ДНК-связывающие белкам из-за чего теряется блокировка или активация соседних генов.
Мы хотим подтвердить эти данные на крысах с помощью Droplet Digital PCR (способна прецизионно определять повторности количественно а также искать редкие Single nucleotide polymorphism, SNP - C>T) и системы секвенирования нового поколения Oxford Nanopore способна считывать риды до 20 тысяч нуклеотидов, что необходимо для считывания повторяющихся последовательностей (МГЭ) по 3-6 тысяч нуклеотидов.
Далее мы в сотрудничестве c Chemotargets S.L. можем найти антимутагены к этим факторам (на что есть предворительная договорённость), которые затем испытаем на способность продлить жизнь крысам.
Для получения боле подробной информации, а также по вопросам коллаборации пожалуйста свяжитесь с нами по следующим контактам:
Чагин Алексей Сергеевич – Директор ООО «Биоконсалтинг»
Тел.: +7-912-62-90-734, +7-343-3-500-900
E-mail: alex@bioconsulting.ru Skype: alex_chagin
Cайт: www.bioconsulting.ru или Биоконсалтинг.рф
