آیا می توانیم قلب را از پیری جلوگیری کنیم؟ این مطالعه ژنتیکی برجسته یک شروع است

قرار نیست قلب ها بشکنند اما با افزایش سن، این اتفاق می افتد. حتی با یک رژیم غذایی سالم و ورزش، همانطور که سن ما به تدریج بالا می رود، خطر گرفتگی عروق، رگ های خونی شکننده و در نهایت نارسایی قلبی افزایش می یابد.

چرا؟

دانشمندان مدت‌هاست که به دنبال کشف این رمز و راز بوده‌اند که چگونه پیری با افزایش خطر ابتلا به بیماری‌های قلبی، قاتل غالب زمان ما ارتباط دارد. این یک مشکل سخت است: بسیاری از جنبه های بیولوژیکی، که طبیعت را در بر می گیرد، می تواند به طور نامحسوس بر سلامت قلب تأثیر بگذارد. برای حل این معما، برخی از آزمایشات بیش از نیم قرن طول کشیده و به صدها هزار نفر رسیده است.

خبر خوب؟ ما سرنخ هایی داریم با افزایش سن، سلول های قلب به شدت عملکرد خود را تغییر می دهند و در نهایت در تلاش برای انقباض و آزاد شدن هستند. یک مطالعه جدید منتشر شده در پیری طبیعت عمیقاً به کد ژنتیکی نگاه کرد تا دلیل این اتفاق را کشف کند.

این تیم با شروع با دوازده داوطلب بین 0 تا 82 سال، کل ژنوم 56 سلول عضله قلب یا کاردیومیوسیت را توالی یابی کردند. نتیجه اولین نقاشی منظره از تغییرات ژنتیکی در قلب پیر است. با بالا رفتن سن، قلب در سطح DNA دچار ضربه مضاعف می شود. کد ژنتیکی سلول ها از نظر فیزیکی شکسته می شود، در حالی که توانایی آنها برای ترمیم DNA فرسایش می یابد.

این یک شگفتی عظیم است. مانند سلول‌های مغزی، کاردیومیوسیت‌ها بازی پایانی بیولوژیکی هستند، زیرا دیگر نمی‌توانند به فرزندان جدیدتر و جوان‌تر تقسیم شوند. این نوع سلول‌ها عموماً نوعی «زره» محافظ دارند، به این ترتیب که کمتر مستعد جهش هستند.

برای کاردیومیوسیت ها اینطور نیست. در مقایسه با نورون‌ها، سلول‌ها به سرعت آسیب DNA را با افزایش سن و با سرعتی سه برابر سریع‌تر جمع می‌کنند، علی‌رغم اینکه نورون‌ها یک نوع سلول بسیار پیچیده و به‌ویژه ظریف هستند.

با بالا رفتن سن و دریافت جهش‌های بیشتر، اثرات مضری به آن اضافه می‌شود که ممکن است قلب را از نقطه اوج بیماری عبور دهد. گفت: دکتر مینگ هوی چن، نویسنده این مطالعه، متخصص قلب در بیمارستان کودکان بوستون. ممکن است به جایی برسد که DNA آنقدر آسیب ببیند که قلب دیگر نتواند به خوبی بکوبد.

نتایج به ما دید چشم پرنده ای از قلب پیر می دهد. نویسندگان نوشتند، آنها مانند یک پازل، «الگویی را برای درک تأثیر پیری بر اختلال عملکرد قلب ارائه می‌کنند».

به قلب خود استراحت دهید

کاردیومیوسیت ها موجودات سختی هستند. پمپی را تصور کنید که به طور خودکار و مطمئن مقدار مناسبی از خون را با فشاری معقول به بدن شما می‌ریزد تا کل بدن شما را با مواد مغذی سیراب کند. اگر هر نوع کار لوله کشی انجام داده اید، سخت است. با این حال، این سلول ها در تمام طول عمر شما، عمدتاً بدون سکسکه، هماهنگ کار می کنند. این یک تعادل ظریف است: فشار یا سرعت بسیار کم مغز و سایر اندام های انتهایی شما را از خون محروم می کند. بیش از حد، و مانند این است که یک شیلنگ بزرگ از مایعات باغچه را با فشار بالا به داخل گیاه کوچکی که در یک گلدان اولیه جوانه می‌زند، بریزید.

مانند شلنگ لاستیکی باغچه، کاردیومیوسیت ها با افزایش سن فرسوده می شوند. بیشتر موارد نارسایی قلبی در افراد مسن تر از 65 سال اتفاق می افتد، حتی زمانی که آنها نسبتاً سالم هستند - یعنی بدون کلسترول خون بالا، فشار خون، یا هر عامل خطر رایج دیگری. اما نه همه.

نویسندگان نوشتند: «برخی از افراد در معرض خطر کم یا متوسط، بر اساس عوامل خطر سنتی، هنوز بیماری قلبی را تجربه می‌کنند، که نشان می‌دهد عوامل اضافی و ناشناس ممکن است مهم باشند». چه چیز دیگری باعث بیماری قلبی در جمعیت مسن تر می شود؟

DNA قلب من را از زنجیر باز کنید

در پاسخ به این سوال، تیم به یک ابزار ژنتیکی قدرتمند روی آوردند: توالی یابی تک سلولی، که زنجیره DNA هر سلول مورد تجزیه و تحلیل را رونویسی می کند. این تکنیک فردیت - برای مثال تغییرات ژنتیکی و دیگر تغییرات - را به تصویر می‌کشد که در غیر این صورت در صورت تجزیه و تحلیل و میانگین صدها سلول به طور همزمان، مبهم می‌شوند.

تنوع ژنوم یک سلول در طرح مورد مطالعه قرار داشت. دکتر Sangita Choudhury، نویسنده این مطالعه گفت: «این اولین باری است که جهش‌های جسمی در قلب انسان در سطح تک سلولی مورد بررسی قرار می‌گیرد.

این تیم بررسی کردند که چگونه امضای DNA سلول های قلب با افزایش سن تغییر می کند. این نوع جهش‌ها «جهش‌های سوماتیک» نامیده می‌شوند زیرا نمی‌توانند به نسل بعدی منتقل شوند.

همه سلول ها یکسان ساخته نمی شوند. برخی، مانند سلول های کبد، می توانند مقدار زیادی آسیب را تحمل کنند و خود را دوباره پر کنند. سایرین، مانند کاردیومیوسیت‌ها، دیگر نمی‌توانند تقسیم شوند و نیاز به آسیب به DNA دارند. با افزایش سن، این سلول ها می توانند جهش های ژنتیکی را در خود جمع کنند. آنها روی حیله و تزویر هستند: بیشتر آنها هیچ اثر آشکاری ندارند، اما برخی، مانند یک تبهکار فیلم ترسناک، می توانند در سکوت سلول ها را تحریک کنند تا سرطانی شوند یا حتی آنها را بکشند. این جهش‌ها قبلا با بیماری عروق کرونر، یکی از دلایل اصلی مشکلات قلبی با افزایش سن، مرتبط بوده‌اند.

این تیم در تلاش برای ثبت علائم جهشی که منجر به بیماری قلبی می‌شود، به بررسی ژن‌های قلب‌های اهدایی افراد از دوران نوزادی تا افراد مسن پرداختند. آنها با جداسازی هسته ها - ساختار گرد و دانه زردآلو مانندی که DNA را در خود جای داده است - روش خود را ارزیابی کردند و سپس توالی های ژنتیکی را از سه گروه سنی مختلف مقایسه کردند.

آنها روی یک تفاوت اصلی تمرکز کردند: جهش های تک نوکلئوتیدی (که پلی مورفیسم های تک نوکلئوتیدی یا SNP نیز نامیده می شود). این تغییرات ساده هستند: آنها یک جابجایی تک حرفی در ژنوم هستند نه مثلاً یک تکه کامل که معکوس یا تکرار شده است. SNP ها، وقتی به طور کلی ارزیابی شوند، حاوی اطلاعات زیادی هستند. آنها رایج ترین شکل جهش های جسمی هستند.

مانند پین‌هایی که سفرها را روی نقشه جهان علامت‌گذاری می‌کنند، با جهش‌های SNP کافی، می‌توان یک «نقشه» یا امضای کامل ساخت که به فرآیندهای بیولوژیکی یا بیماری‌های خاص پیوند می‌خورد. برای مثال، نقشه ای برای تغییرات سلولی مرتبط با سیگار کشیدن یا مشکلات مربوط به ترمیم DNA وجود دارد.

نویسندگان می‌گویند: «درک نشانه‌های جهشی و مکانیسم شکل‌گیری آن‌ها ممکن است ما را به کشف مکانیسم آسیب DNA و پیشرفت بیماری در قلب پیر هدایت کند.

با توالی یابی نزدیک به 60 نمونه، تیم سپس روی الگوریتمی برای تجزیه داده ها کار کرد و آن را با یک پایگاه داده امضای سرطان معروف به نام COSMIC مقایسه کرد. ویرایش‌های DNA با افزایش سن افزایش می‌یابد و انواع جهش در چهار نوع مختلف امضا می‌شوند. به عنوان مثال، امضای A، حروف C و T DNA را جایگزین کرد. اگرچه ممکن است زیاد به نظر نرسد، تصور کنید که همه Cهای این مقاله را با Ts جایگزین کنید، یا برعکس - کل متن را تجزیه می‌کند.

با نگاهی بیشتر به زیربنای مولکولی امضاها، تیم یک مقصر بالقوه برای پیری و اختلال عملکرد قلب پیدا کرد: استرس اکسیداتیو. این مولکول‌ها که محصول جانبی متابولیسم طبیعی سلول هستند، مانند گلوله‌های کوچک توپ عمل می‌کنند و در داخل سلول‌ها، DNA و غشای آن‌ها ویران می‌کنند. در حالی که سلول‌های جوان‌تر معمولاً راهی برای دفع حملات شرورانه دارند، سلول‌های مسن‌تر به تدریج این توانایی را از دست می‌دهند. نتیجه زیبا نیست برای مثال، سلول‌های قلب ممکن است با حروف DNA آسیب‌دیده به پایان برسند در حالی که مکانیسم ترمیم ژنوم آنها از بین می‌رود.

چن گفت: از یک جهت، این تعجب آور نیست. از آنجایی که قلب همیشه در حال پمپاژ است، انرژی زیادی مصرف می کند، که مواد شیمیایی تولید می کند که می تواند به DNA آسیب برساند. چیزی که باعث شوک شد، توانایی خاص قلب برای دفع آسیب بود. کاردیومیوسیت‌ها این قدرت را دارند که در کروموزوم‌های خود دو برابر شوند و در برابر حملات بی‌امان به DNA خود بافری کنند.

در حال حاضر، این مطالعه تنها نشان می دهد که جهش های جسمی با افزایش سن افزایش می یابد، که با سلول های قلب آسیب دیده مرتبط است. مبادله نامه DNA سبب می شود آسیب های قلبی باید مشخص شود. اما این مطالعه اولین مطالعه برای تشریح بیماری قلبی در سطح تک سلولی در مقیاس بزرگ است. مانند رفتن از دوربین دوچشمی آماتور به تلسکوپ فضایی جیمز وب - اکنون می‌توانیم تک تک سلول‌ها را، مانند ستاره‌ای در آسمان، با تجزیه DNA آن در قلب پیری آنالیز کنیم.

Choudhury می‌گوید: جدای از کاردیومیوسیت‌ها، «ما همچنین می‌خواهیم به انواع سلول‌های مختلف در قلب نگاه کنیم. "ما فقط نوک کوه یخ را لمس کرده ایم."

تصویر های اعتباری: آنایت اسمی / Shutterstock.com