Изучение долгоживущих млекопитающих может помочь ученым понять, почему люди стареют.
Что общего у голых кротовых крыс, слонов, летучих мышей и китов? Все они являются исключительно долгоживущими млекопитающими. Изучение их ДНК и того, как они эволюционировали в экстремальные периоды, может дать ученым свежие идеи о генетической основе долголетия.
Отдаленно родственные млекопитающие приобрели долголетие через биологическое явление, известное как конвергентная эволюция. Это процесс, в результате которого неродственные виды независимо развивают одну и ту же черту. Эти животные обитали в сходных условиях. Их гены, связанные с долгой жизнью, также претерпевали эволюцию схожим образом. Установив связь между изменениями продолжительности жизни и эволюцией генов, ученые смогли найти общие гены, связанные с продолжительностью жизни.
Было обнаружено, что размеры тела млекопитающего напрямую связаны с длинной их жизни. Крупные млекопитающие, такие как киты и слоны, живут долго; мелкие млекопитающие, такие как мыши и крысы, имеют короткий срок жизни. Большинство млекопитающих следуют этой общей тенденции, но некоторые ее игнорируют. Среди таких примеров голая кротовая крыса. Это существо размером с хомяка, которое может жить до 40 лет. А также маленькая коричневая летучая мышь, которая живет до 34 лет. Исследователи изучили их генетическую основу, чтобы понять какими способами виды эволюционировали, и как приобрели долголетие.
Результаты были удивительны. Вместо того чтобы найти гены, которые развивались быстрее, чтобы стимулировать увеличение продолжительности жизни, обнаружили, что темпы эволюции генов в первую очередь уменьшились, и виды эволюционировали дольше. Другими словами, вместо того, чтобы испытывать генетические изменения, связанные с более длительной жизнью, многие гены вообще не изменялись. Они были защищены от развития потенциально вредных мутаций, потому что имели важные функции.
Для крупных долгоживущих видов важную роль в профилактике рака играют ключевые гены. Медленно эволюционирующие гены отвечают за восстановление ДНК, контроль клеточного цикла, гибель клеток и иммунитет. Эти гены также отвечают за предотвращение образования раковых клеток.
Чтобы организм заболел раком, сначала должна произойти генетическая мутация, которая не может быть исправлена с помощью механизмов восстановления ДНК. В результате мутации, раковая клетка не умирает, а вместо этого делится бесконтрольно. Канцерогенные клетки уклоняются от иммунитета и в конечном итоге размножаются и расширяются в раковые опухоли. Гены крупных долгоживущих животных эволюционируют медленнее и выполняют функцию профилактики рака. Она является ключевой и способствует долгой жизни.
В медицине существует такой термин, как парадокс Пето. Согласно парадоксу, большие животные должны получать рак гораздо чаще, чем мелкие млекопитающие, но этого не происходит. Предполагая, что каждая клетка имеет одинаковую вероятность стать раковой в любой момент, большие виды должны получать рак чаще просто в силу их многочисленных клеток. Крупные виды, которые еще и живут долго, еще больше умножают проблему, так как у них больше времени для развития рака.
Однако заболеваемость раком у разных видов примерно одинакова, что предполагает более низкую частоту развития рака у крупных видов. На самом деле, если бы уровень заболеваемости раком у китов был таким же, как и у мышей, все киты умерли бы от рака еще до того, как у них появился бы шанс размножиться. Результаты исследований показывают, что более низкие показатели заболеваемости раком у крупных млекопитающих могут быть обусловлены более медленной эволюцией генов.
У таких видов, как летучие мыши и голые кротовые крысы, которые являются маленькими и долгоживущими, борьба с раком является меньшей проблемой. Соответственно, медленно развивающиеся гены у этих видов связаны в первую очередь с восстановлением ДНК. Предотвращение повреждения ДНК может помочь предотвратить деградацию ДНК в течение длительного периода жизни, которая приводит к старению и заболеваниям.
В отличие от многих исследований, которые фокусируются на генетических изменениях, уникальных для одного или нескольких особенно долгоживущих видов, эта работа выявила генетическую основу долголетия у всех млекопитающих. Соответственно, полученные результаты могут быть обобщены для всех видов млекопитающих, включая человека, и могут быть использованы для дальнейших исследований, направленных на увеличение продолжительности жизни человека.
Важность борьбы с раком и восстановление ДНК для долгой жизни предполагает, что ответ на вопрос, почему люди стареют, может быть так же прост, как и то, что все вещи изнашиваются с течением времени. Так и с клетками или ДНК. На протяжении всей жизни ДНК накапливает повреждения, которые в конечном итоге приводят к раку или широкомасштабному дефициту функций генов, которые вызывают старение, болезни и в конечном итоге смерть.
Результаты исследований вкупе с существующими доказательствами позволяют предположить, что не существует “гена долголетия”, который может быть изменен для увеличения продолжительности жизни у людей, поскольку старение — это сложный, многогранный процесс. Вместо этого увеличение продолжительности жизни человека может зависеть от уменьшения ущерба, наносимого ДНК с течением времени, и борьбы с болезнями, связанными с преклонным возрастом.
Источник: Scientific American.
