Они также показали, что введение мухам мер по увеличению продолжительности жизни, таких как перевод их на более низкокалорийную диету или увеличение экспрессии белка Sir2, восстанавливает наблюдаемую потерю сайленсинга генов из-за возраста.«В течение многих лет предполагалось, что одна из проблем, возникающих с возрастом и приводящих к клеточной дисфункции, заключается в том, что некоторые гены, которые следует заглушить, теряют это молчание», — сказал доктор Стивен Хельфанд, старший автор исследования, опубликованного в ноябре.
15 в журнале Aging. «Не очень хорошо было продемонстрировано, что это происходит, кроме дрожжей. Итак, что мы пытались сделать на мухах, это посмотреть, теряют ли репрессии гены, которые обычно подавляются».
Они сообщают, что это явление справедливо и для мух.Различия в возрастеДля достижения этих результатов Хельфанд и ведущий автор Нан Цзян использовали феномен, называемый «вариация эффекта позиции». PEV — это вариация экспрессии гена, которая происходит от гена, существующего на границе между эухроматином, свободной оберткой ДНК, которая легко допускает экспрессию гена, и гетерохроматином, плотной оберткой, которая удерживает его взаперти.
Ученые выдвинули гипотезу, что по мере старения организмов гетерохроматин может отступать, позволяя большему количеству генов, которые когда-то были замалчены, стать доступными для экспрессии — как морская ракушка, открывающаяся проходящему мимо пляжному гребцу по мере отступления прилива.
Чтобы проверить, снижается ли молчание гена хроматина с возрастом, исследователи вставили «репортерные» гены прямо на границе между гетерохроматином и эухроматином в двух конкретных частях генома мух. Репортерные гены обладают полезным свойством окрашивания в синий цвет при экспрессии.
Если их не заставляют замолчать, их выражение можно проверить, просто приложив к мухе короткий импульс тепла. Этот метод дал исследователям индикатор экспрессии генов, связанных с хроматином, в отдельных клетках, в отдельных тканях в любое время в течение жизненного цикла мухи.По мере того как мухи стареют, команда обнаружила, что у них повышается вероятность экспрессии репортерного гена в пограничных областях между гетерохроматином и эухроматином. Например, в возрасте 10 дней от 5 до 35 процентов клеток в определенных тканях демонстрировали экспрессию репортерного гена, но в возрасте 50 дней от 40 до 80 процентов клеток в этих тканях демонстрировали экспрессию.
Команда, включая Гую Ду и Итана Тобиаса, которые в то время были студентами Брауна, также напрямую измерила степень гетерохроматина в областях вставленных генов с течением времени. Они обнаружили, что количество гетерохроматина в этих областях действительно уменьшается с возрастом.Изменение старения?Следующая серия экспериментов показала, что, хотя время неумолимо, это конкретное проявление старения было более гибким.
Команда лечила некоторых из своих мух с помощью пары вмешательств, которые, как показало предыдущее исследование, продлевали продолжительность жизни. Они хотели посмотреть, влияют ли они на гетерохроматин и молчание генов.
Одним из вмешательств была чрезмерная экспрессия гена, вырабатывающего фермент Sir2. У мух, где они это делали, молчание генов увеличивалось. Другое вмешательство заключалось в том, чтобы посадить мух на диету с пониженным содержанием калорий.
Это тоже предотвратило снижение сайленсинга генов с возрастом.В одном из последних экспериментов исследователи дали некоторым мухам высококалорийную диету, а некоторым — низкокалорийную, а затем изменили их диету в возрасте 20 или 30 дней. Они обнаружили, что в течение 72 часов после смены диеты уровень подавления генов у мух стал напоминать уровень мух, которые все это время сидели на этой диете. Другими словами, муха, недавно переведенная на низкокалорийную диету, будет иметь относительно высокий уровень молчания, чем муха, которая всегда сидела на низкокалорийной диете.
Этот результат предполагает, что, хотя молчание генов, по-видимому, разрушается с возрастом естественным образом, его можно задушить с помощью определенных вмешательств.«Это касается одного молекулярного механизма, с помощью которого можно отложить старение», — сказал Хельфанд, преподаватель кафедры молекулярной биологии, клеточной биологии и биохимии Брауна.В недавнем исследовании, проведенном коллегой Робертом Ринаном, Хельфанд показал, что уменьшение редактирования РНК и, таким образом, сохранение гетерохроматина у мух увеличивает продолжительность жизни.По словам Хельфанда, фундаментальная биология мух, которую он наблюдал у мух, имеет хорошие шансы также проявиться и у людей.
Он обратил внимание на статью, опубликованную ранее в этом году коллегой Брауна Джоном Седиви, который вместе с общим соавтором Никола Неретти обнаружил у людей доказательства разрушения гетерохроматина и генетического контроля с возрастом.Тем не менее, люди не потерпят вмешательств, которые работают для мух, таких как строгое ограничение калорийности. Вместо этого исследование предлагает возможное направление исследований для разработки более практических вмешательств.Например, поиск безвредных способов имитации эффекта ограничения калорий для восстановления общего сайленсинга генов может в конечном итоге стать альтернативой лечению последствий нежелательной экспрессии отдельных генов у стареющих пациентов.
«Мы пытаемся вернуть клетку в более молодое состояние гетерохроматина в надежде, что это улучшит нормальную физиологию клеток и поможет бороться с потерей клеточной функции с возрастом», — сказал Хельфанд.