Rakud kogu kehas räägivad üksteisega vananemisest | Ajakiri Quanta

Vananemine võib tunduda reguleerimata protsessina: aja kulgedes kogunevad meie rakkudesse ja kehadesse paratamatult plekke ja mõlke, mis põhjustavad talitlushäireid, tõrkeid ja lõpuks surma. Kuid 1993. aastal muutis avastus selle sündmuste tõlgenduse ümber. Teadlased leidsid ühes geenis mutatsiooni, mis kahekordistas ussi eluiga; järgnev töö näitas, et seotud geenid, mis kõik on seotud insuliinile reageerimisega, on paljude loomade vananemise peamised regulaatorid, alates ussidest ja kärbestest kuni inimesteni. Avastus viitas sellele, et vananemine ei ole juhuslik protsess – tõepoolest, spetsiifilised geenid reguleerivad seda – ja avas ukse edasiseks uurimiseks selle kohta, kuidas vananemine kulgeb molekulaarsel tasandil.

Hiljuti dokumenteeris hulk dokumente uut biokeemilist rada, mis reguleerib vananemist, mis põhineb mitokondrite, organellide, mida tuntakse kõige paremini raku jõujaamana, vahel edastatud signaalidel. Ussidega töötades leidsid teadlased, et ajurakkude mitokondrite kahjustus käivitas parandusreaktsiooni, mida seejärel võimendati, käivitades sarnased reaktsioonid mitokondrites kogu ussi kehas. Selle parandustegevuse tulemuseks oli organismi eluea pikenemine: parandatud mitokondriaalse kahjustusega ussid elasid 50% kauem.

Veelgi enam, idutee rakud – rakud, mis toodavad mune ja spermat – olid selle vananemisvastase sidesüsteemi kesksel kohal. See on avastus, mis lisab uued mõõtmed viljakusega seotud muredele, kui inimesed räägivad vananemisest ja oma "bioloogilisest kellast". Mõned leiud olid teatatud Teadus ettemaksed ja teised postitati lehele teaduslik eeltrükiserver biorxiv.org sügisel.

Uuring põhineb hiljutisel tööl, mis sellele viitab mitokondrid on sotsiaalsed organellid mis võivad üksteisega rääkida isegi siis, kui nad on erinevates kudedes. Sisuliselt toimivad mitokondrid rakuliste raadiosaatjatena, saates kogu kehas sõnumeid, mis mõjutavad kogu organismi ellujäämist ja eluiga.

"Oluline on siin see, et lisaks geneetilistele programmidele on vananemist reguleeriv väga oluline tegur, milleks on kudedevaheline suhtlus," ütles ta. David Vilchez, kes õpib Kölni ülikoolis vananemist ja ei osalenud uues uuringus.

Rakubioloog Andrew Dillin avastas kümmekond aastat tagasi esimesed vihjed selle uudse eluiga reguleeriva raja kohta. Ta jahtis eluiga pikendavaid geene Caenorhabditis elegans ussid, kui ta avastas, et mitokondrite geneetiline kahjustamine pikendas usside eluiga 50%.

See oli ootamatu. Dillin oli eeldanud, et defektsed mitokondrid pigem kiirendavad surma kui pikendavad eluiga – lõppude lõpuks on mitokondrid rakkude funktsioneerimises kesksel kohal. Kuid millegipärast sundis mitokondrite tõrgeteta toimimise häirimine usse kauem elama.

Intrigeerivam oli asjaolu, et kahjustatud mitokondrid usside närvisüsteemis näis mõju olevat. "See ütleb tõesti, et mõned mitokondrid on tähtsamad kui teised," ütles Dillin, kes on praegu California Berkeley ülikooli professor. "Neuronid dikteerivad seda ülejäänud organismile ja see oli tõesti üllatav."

Nüüd on Dillin ja tema meeskond seda avastust laiendanud, avastades uusi üksikasju selle kohta, kuidas aju mitokondrid suhtlevad rakkudega kogu ussi kehas, et pikendada eluiga.

Esiteks pidi ta mõistma, miks võib aju mitokondrite kahjustusel olla organismile kasulik mõju. Mitokondrite protsess energia tootmiseks nõuab äärmiselt keerulist molekulaarset masinat kümnete erinevate valguosadega. Kui asjad lähevad viltu, näiteks kui mõned komponendid puuduvad või on valesti volditud, aktiveerivad mitokondrid stressireaktsiooni, mida nimetatakse voldimata valgu vastuseks, mis tarnib parandusensüüme, mis aitavad kompleksidel korralikult kokku panna ja mitokondrite funktsiooni taastada. Sel viisil hoiab lahtivolditud valguvastus rakud tervena.

Dillin eeldas, et see protsess areneb ainult kahjustatud mitokondritega neuronites. Siiski täheldas ta, et ka ussi keha teiste kudede rakud lülitasid sisse parandusreaktsiooni, kuigi nende mitokondrid olid terved.

Just see parandustegevus aitas ussidel kauem elada. Sarnaselt auto regulaarsele mehaaniku juurde viimisega näis, et lahtivolditud valgureaktsioon hoiab rakud heas töökorras ja toimib vananemisvastase detailina. Salapäraseks jäi see, kuidas see lahtivolditud valguvastus ülejäänud organismile edastati.

Pärast mõningast uurimist avastas Dillini töörühm, et stressis neuronite mitokondrid kasutavad vesiikuleid – mullilaadseid anumaid, mis liigutavad materjale ümber raku või rakkude vahel –, et kanda signaal nimega Wnt närvirakkudest teistesse keharakkudesse. Bioloogid teadsid juba, et Wnt mängib rolli kehamustri loomisel varajases embrüonaalses arengus, mille käigus käivitab see ka parandusprotsesse, nagu lahtivolditud valguvastus. Siiski, kuidas saaks täiskasvanul sisselülitatud Wnt-i signaalimine vältida embrüonaalse programmi aktiveerimist?

Dillin kahtlustas, et pidi olema veel üks signaal, millega Wnt suhtles. Pärast edasist tööd avastasid teadlased, et idutee mitokondrites - ja mitte üheski teises mitokondris - ekspresseeritud geen võib katkestada Wnt-i arenguprotsesse. See tulemus viitas talle sellele idutee rakud mängivad olulist rolli Wnt-signaali edastamisel närvisüsteemi ja kudede vahel kogu ülejäänud kehas.

"Idutee on selle jaoks hädavajalik," ütles Dillin. Siiski pole selge, kas idutee mitokondrid toimivad võimendajatena, mis võtavad vastu signaali aju mitokondritelt ja edastavad selle teistele kudedele või kas vastuvõtvad koed "kuulavad" mõlema allika signaale.

Mõlemal juhul reguleerib idutee signaali tugevus organismi eluiga, ütles Dillin. Ussi vananedes langeb tema munade või sperma kvaliteet – seda me nimetame bioloogilise kella tiksumiseks. Ta soovitas, et langus peegeldub ka sugurakkude muutuvas võimes edastada signaale aju mitokondritest. Kui uss vananeb, edastab selle idutee parandussignaali vähem tõhusalt ja seetõttu väheneb ka tema keha.

Teadlased ei tea veel, kas need leiud kehtivad inimeste kohta ja kuidas me vananeme. Sellegipoolest on hüpotees mõttekas laiemast evolutsioonilisest vaatenurgast, ütles Dillin. Kuni sugurakud on terved, saadavad nad ellujäämist soodustavaid signaale tagamaks, et nende peremeesorganism jääb paljunemiseks ellu. Kuid kuna sugurakkude kvaliteet langeb, pole evolutsioonilist põhjust eluiga veelgi pikendada; evolutsiooni vaatenurgast on elu olemas selleks, et ennast taastoota.

Asjaolu, et mitokondrid võivad omavahel rääkida, võib tunduda mõnevõrra murettekitav, kuid sellel on seletus. Kaua aega tagasi olid mitokondrid vabalt elavad bakterid, mis ühendasid jõud teist tüüpi primitiivsete rakkudega, et töötada koos tänapäevastes kompleksrakkudes. Seega on nende suhtlemisvõime tõenäoliselt mitokondrite vabalt elavate bakterite esivanemate relikt.

"See väike asi, mis on miljardeid aastaid rakkude sees tiksunud, säilitab endiselt oma bakteriaalse päritolu," ütles Dillin. Ja kui tema uurimused usside kohta peavad paika ka keerulisemate organismide, nagu inimesed, puhul, on võimalik, et teie mitokondrid räägivad praegu teie vanusest.