Voimmeko estää sydämen ikääntymisen? Tämä maamerkki geneettinen tutkimus on alku

Sydämiä ei ole tarkoitettu särkyväksi. Iän myötä se kuitenkin tapahtuu. Jopa terveellisellä ruokavaliolla ja liikunnalla, kun ikäsi hitaasti nousee, kasvaa myös valtimoiden tukkeutumisen, hauraiden verisuonten ja lopulta sydämen vajaatoiminnan riski.

Miksi?

Tiedemiehet ovat pitkään pyrkineet selvittämään mysteerin siitä, kuinka ikääntyminen liittyy lisääntyneeseen sydänsairauksien riskiin, joka on aikamme hallitseva tappaja. Se on vaikea ongelma: monet biologiset näkökohdat, jotka kattavat luonnon ja hoivaamisen, voivat vaikuttaa hienovaraisesti sydämen terveyteen. Mysteerin selvittämiseksi jotkut kokeet ovat kestäneet yli puoli vuosisataa ja skaalattu satoihin tuhansiin ihmisiin.

Hyvät uutiset? Meillä on vihjeitä. Iän myötä sydänsolut muuttavat toimintaansa rajusti ja lopulta kamppailevat supistumisen ja vapautumisen kanssa. Uusi tutkimus julkaistu Luonnon ikääntyminen tutki syvälle geneettistä koodia selvittääkseen, miksi näin tapahtuu.

Alkaen kymmenestä vapaaehtoisesta, jotka olivat iältään 0–82-vuotiaita, ryhmä sekvensoi 56 sydänlihassolun tai sydänlihassolun koko genomin. Tuloksena on ensimmäinen maisemamaalaus ikääntyvän sydämen geneettisistä muutoksista. Iän myötä sydän saa kaksinkertaisen iskun DNA-tasolla. Solujen geneettinen koodi hajoaa fyysisesti, kun taas niiden kyky korjata DNA:ta heikkenee.

Se on valtava yllätys. Kuten aivosolut, kardiomyosyytit ovat biologinen loppupeli, koska ne eivät voi enää jakautua uudempiin ja nuorempiin jälkeläisiin. Tämäntyyppisillä soluilla on yleensä eräänlainen suojaava "panssari", koska ne ovat vähemmän herkkiä mutaatioille.

Ei niin kardiomyosyyttien kohdalla. Verrattuna hermosoluihin, solut kerääntyvät nopeasti DNA-vaurioita iän myötä ja kolme kertaa nopeammin, vaikka neuronit ovat erittäin monimutkaisia ​​ja erityisen herkkiä solutyyppejä.

"Kun vanhenet ja saat lisää mutaatioita, lisäät haitallisia vaikutuksia, jotka voivat työntää sydämen sairauden käännekohdan ohi." sanoi tutkimuksen kirjoittaja Dr. Ming Hui Chen, kardiologi Bostonin lastensairaalasta. "Se voi päästä pisteeseen, jossa niin paljon DNA:ta vaurioituu, että sydän ei voi enää lyödä hyvin."

Tulokset antavat meille lintuperspektiivin ikääntyvästä sydämestä. Kuten palapeli, ne "tarjoavat paradigman ymmärtääksesi ikääntymisen vaikutusta sydämen toimintahäiriöihin", kirjoittajat kirjoittivat.

Anna sydämellesi tauko

Sydänlihassolut ovat kovia olentoja. Kuvittele pumppu, joka ruiskuttaa automaattisesti ja luotettavasti juuri oikean määrän verta järkevällä paineella kastelemaan koko kehosi ravinteilla. Jos olet tehnyt putkityötä, se on vaikeaa. Silti nämä solut toimivat synkronoinnissa, enimmäkseen ilman hikkaa, koko elämäsi ajan. Se on herkkä tasapaino: liian pieni paine tai nopeus riistää aivot ja muut raajat verestä. Liikaa, ja se on kuin ruiskuttaisi suuren puutarhaletkun nestettä korkealla paineella pieneen yrttiin, joka itää aloitusruukussa.

Kuten kuminen puutarhaletku, sydänlihassolut kuluvat iän myötä. Useimmat sydämen vajaatoimintatapaukset tapahtuvat yli 65-vuotiailla ihmisillä, vaikka he olisivat suhteellisen terveitä – eli ilman korkeaa veren kolesterolia, verenpainetta tai muita yleisiä riskitekijöitä. Mutta eivät kaikki.

"Jotkut henkilöt, joilla on alhainen tai keskitasoinen riski perinteisten riskitekijöiden perusteella, kärsivät edelleen sydänsairauksista, mikä viittaa siihen, että muut, tunnistamattomat tekijät voivat olla tärkeitä", kirjoittajat kirjoittivat. Mikä muu aiheuttaa sydänsairauksia vanhemmassa väestössä?

Irrota sydämeni DNA

Ratkaistakseen kysymyksen, ryhmä otti käyttöön tehokkaan geneettisen työkalun: yksisolusekvensoinnin, joka transkriptoi jokaisen analysoidun solun DNA-ketjun. Tekniikka vangitsee yksilöllisyyden – esimerkiksi geneettiset ja muut muutokset –, joka muuten hämärtyisi, jos analysoidaan ja lasketaan keskiarvo satoja soluja samanaikaisesti.

Solun genomin monimuotoisuus oli tutkimuksen suunnittelussa etusijalla. "Tämä on ensimmäinen kerta, kun somaattisia mutaatioita on tarkasteltu ihmisen sydämessä yksisolutasolla", sanoi tutkimuksen kirjoittaja tohtori Sangita Choudhury.

Tiimi hioi, kuinka sydänsolujen DNA-allekirjoitus muuttuu iän myötä. Tämän tyyppisiä mutaatioita kutsutaan "somaattisiksi mutaatioiksi", koska niitä ei voida siirtää seuraavalle sukupolvelle.

Kaikki solut eivät ole rakennettu samalla tavalla. Jotkut, kuten maksasolut, voivat käsitellä hyvän määrän vaurioita ja täydentää itseään. Toiset, kuten kardiomyosyytit, eivät voi enää jakautua, ja niiden on otettava kaikki DNA-vauriot itsekseen. Iän myötä nämä solut voivat kerätä geneettisiä mutaatioita. Ne ovat hankalia: useimmilla ei ole ilmeisiä vaikutuksia, mutta jotkut, kuten kauhuelokuvapahikset, voivat hiljaa laukaista solut muuttumaan syöpään tai jopa tappaa ne. Nämä mutaatiot on aiemmin liitetty sepelvaltimotautiin, joka on suurin syy iän myötä sydänongelmiin.

Yrittäessään vangita sydänsairauksiin johtavia mutaatiomerkkejä, tiimi sukeltaa syvälle lahjoitettujen sydänten geeneihin ihmisistä lapsesta vanhuksiin. Eristäessään ytimet – pyöreän, aprikoosin siemenen kaltaisen rakenteen, jossa DNA:ta sisältävät – he arvioivat menetelmänsä ja vertasivat sitten kolmen eri ikäryhmän geneettisiä sekvenssejä.

He keskittyivät yhteen pääeroon: yhden nukleotidin mutaatioihin (kutsutaan myös yhden nukleotidin polymorfismeiksi tai SNP:iksi). Nämä muutokset ovat yksinkertaisia: ne ovat yhden kirjaimen vaihtoa genomissa pikemminkin kuin vaikkapa kokonaisena käänteisenä tai monistettuna. SNP:t, kun niitä arvioidaan kokonaisuutena, sisältävät runsaasti tietoa. Ne ovat yleisin somaattisten mutaatioiden muoto.

Kuten nastat, jotka merkitsevät matkaa maailmankartalle, riittävällä SNP-mutaatiolla, on mahdollista rakentaa kokonainen "kartta" tai allekirjoitus, joka linkittää tiettyihin biologisiin prosesseihin tai sairauksiin. Esimerkiksi, siellä on kartta solumuutoksista, jotka liittyvät tupakointitupakkaan tai DNA-korjausongelmiin.

"Mutaatioiden allekirjoitusten ja niiden muodostumismekanismin ymmärtäminen saattaa johtaa meidät löytämään DNA-vaurion ja taudin etenemisen mekanismin ikääntyvässä sydämessä", kirjoittajat sanoivat.

Lähes 60 näytettä sekvensoimalla tiimi työskenteli algoritmin parissa tietojen jäsentämiseksi ja vertasi sitä tunnettuun COSMIC-nimiseen syövän allekirjoitustietokantaan. DNA-muokkaukset lisääntyivät iän myötä, ja mutaatiotyypit sopivat neljään eri allekirjoitustyyppiin. Allekirjoitus A esimerkiksi vaihtoi DNA:n kirjaimet C ja T. Vaikka se ei ehkä kuulostakaan paljolta, kuvittele, että kaikki tämän artikkelin C:t korvataan T:illä tai päinvastoin – se hajoaisi koko tekstin.

Tarkastellessaan tarkemmin allekirjoitusten molekulaarista taustaa, tiimi löysi yhden mahdollisen syyllisen sydämen ikääntymiseen ja toimintahäiriöihin: oksidatiivisen stressin. Solun normaalin aineenvaihdunnan valitettava sivutuote, nämä molekyylit toimivat kuin pieniä kanuunakuulia aiheuttaen tuhoa solujen, DNA:n ja niiden kalvojen sisällä. Vaikka nuoremmilla soluilla on yleensä tapa torjua ilkeitä hyökkäyksiä, vanhemmat menettävät tämän kyvyn vähitellen. Tulos ei ole kaunis. Esimerkiksi sydänsolut voivat päätyä vaurioituneisiin DNA-kirjaimiin samalla kun niiden genomin korjausmekanismi tuhoutuu.

Tavallaan se ei ole niin yllättävää, Chen sanoi. "Koska sydän pumppaa aina, se käyttää paljon energiaa", mikä tuottaa kemikaaleja, jotka voivat vahingoittaa DNA:ta. Järkytyksenä tuli sydämen erityinen kyky torjua vaurioita. Kardiomyosyyteillä on kyky kaksinkertaistua kromosomeissaan, mikä puskuroi niiden DNA:ta vastaan ​​kohdistuvia hellittämättömiä hyökkäyksiä.

Toistaiseksi tutkimus osoittaa vain, että somaattiset mutaatiot lisääntyvät iän myötä, mikä korreloi vaurioituneiden sydänsolujen kanssa. Onko DNA-kirjainten vaihto aiheuttaa sydänvammat jäävät selvittämättä. Mutta tutkimus on ensimmäinen sydänsairauksien dissektiossa yksisolutasolla suuressa mittakaavassa. Se on kuin siirtymistä amatöörikiikareista James Webb -avaruusteleskooppiin – voimme nyt analysoida jokaisen solun, kuten taivaan tähden, jäsentämällä sen DNA:ta ikääntyvän sydämen sisällä.

Kardiomyosyytit syrjään, "Haluamme myös tarkastella erilaisia ​​​​solutyyppejä sydämessä", sanoi Choudhury. "Olemme koskettaneet vain jäävuoren huippua."

Kuva pistetilanne: AnaitSmi / Shutterstock.com