A sejtek szerte a testben beszélnek egymással az öregedésről | Quanta Magazin

Az öregedés szabályozatlan folyamatnak tűnhet: az idő előrehaladtával sejtjeinkben és testeinkben elkerülhetetlenül felhalmozódnak a horpadások és horpadások, amelyek működési zavarokat, kudarcokat és végső soron halált okoznak. 1993-ban azonban egy felfedezés felborította az események értelmezését. A kutatók egyetlen génben találtak olyan mutációt, amely megkétszerezte a féreg élettartamát; A későbbi kutatások kimutatták, hogy a rokon gének, amelyek mindegyike részt vesz az inzulinra adott válaszban, kulcsfontosságú szabályozói az öregedésnek számos állatban, a férgektől és legyektől az emberekig. A felfedezés azt sugallta, hogy az öregedés nem véletlenszerű folyamat – sőt, specifikus gének szabályozzák –, és megnyitotta az ajtót a további kutatások előtt, hogy az öregedés miként megy végbe molekuláris szinten.

A közelmúltban egy sor dokumentum egy új biokémiai folyamatot dokumentált, amely szabályozza az öregedést, amely a mitokondriumok, a sejt erőműveként ismert organellumok között átadott jeleken alapul. A kutatók férgekkel dolgozva azt találták, hogy az agysejtek mitokondriumainak károsodása helyreállító reakciót váltott ki, amely aztán felerősödött, hasonló reakciókat indítva el a mitokondriumokban az egész féreg testében. Ennek a javító tevékenységnek az volt a hatása, hogy meghosszabbította a szervezet élettartamát: a helyreállított mitokondriális károsodást szenvedő férgek 50%-kal tovább éltek.

Sőt, a csíravonal sejtjei – a petesejteket és spermiumokat termelő sejtek – központi szerepet játszottak ebben az öregedésgátló kommunikációs rendszerben. Ez egy olyan felfedezés, amely új dimenziókat ad a termékenységgel kapcsolatos aggodalmaknak, amikor az emberek az öregedésről és a „biológiai órájukról” beszélnek. A megállapítások egy része az volt számolt be Tudomány előlegek és mások a tudományos preprint szerver biorxiv.org ősszel.

A kutatás egy olyan közelmúltbeli munkára épül, amely arra utal A mitokondriumok társadalmi organellumok amelyek akkor is beszélhetnek egymással, ha különböző szövetekben vannak. Lényegében a mitokondriumok celluláris walkie-talkie-ként működnek, üzeneteket küldenek a szervezetben, amelyek befolyásolják az egész szervezet túlélését és élettartamát.

"Az a fontos, hogy a genetikai programokon kívül van egy nagyon fontos öregedés szabályozási tényező is, ez a szövetek közötti kommunikáció" David Vilchez, aki öregedést tanul a Kölni Egyetemen, és nem vett részt az új kutatásban.

A sejtbiológus Andrew Dillin körülbelül egy évtizede fedezte fel ennek az újszerű útnak az első jeleit, amely az élettartamot szabályozza. Élethosszabbító génekre vadászott Caenorhabditis elegans férgek, amikor megállapította, hogy a mitokondriumok genetikai károsodása 50%-kal meghosszabbította a férgek életét.

Ez váratlan volt. Dillin azt feltételezte, hogy a hibás mitokondriumok inkább felgyorsítják a halált, semmint meghosszabbítják az életet – elvégre a mitokondriumok központi szerepet töltenek be a sejtműködésben. Valamilyen oknál fogva azonban a mitokondriumok zavartalan működésének megzavarása arra kényszerítette a férgeket, hogy tovább éljenek.

Érdekesebb volt az a tény sérült mitokondriumok úgy tűnt, hogy a férgek idegrendszerében vezérelték a hatást. „Valóban azt mondja, hogy egyes mitokondriumok fontosabbak, mint mások” – mondta Dillin, aki jelenleg a Kaliforniai Egyetem professzora, Berkeley. "A neuronok ezt diktálják a szervezet többi része felett, és ez igazán meglepő volt."

Most Dillin és csapata kibővítette ezt az eredményt azáltal, hogy új részleteket fedezett fel arról, hogy az agy mitokondriumai hogyan kommunikálnak a féreg testében lévő sejtekkel az élet meghosszabbítása érdekében.

Először is meg kellett értenie, hogy az agy mitokondriumainak károsodása miért lehet jótékony hatással a szervezetre. A mitokondriumok energiatermelési folyamata rendkívül összetett molekuláris gépezetet igényel, több tucat különböző fehérjerésszel. Amikor a dolgok rosszul mennek, például ha egyes komponensek hiányoznak vagy rosszul hajtódnak össze, a mitokondriumok stresszreakciót aktiválnak, úgynevezett kibontott fehérjeválaszt, amely javító enzimeket szállít a komplexek megfelelő összeállításához és a mitokondriális funkció helyreállításához. Ily módon a kibontott fehérjeválasz egészségesen tartja a sejteket.

Dillin arra számított, hogy ez a folyamat csak a sérült mitokondriumokkal rendelkező neuronokban fog kibontakozni. Mégis megfigyelte, hogy a féreg testének más szöveteiben lévő sejtek is beindították a javítási reakciókat, még akkor is, ha a mitokondriumuk sértetlen volt.

Ez a javítási tevékenység segítette a férgeket tovább élni. Mint az autót rendszeresen szerelőhöz vinni, úgy tűnt, hogy a kibontott fehérjeválasz jó működési állapotban tartja a sejteket, és öregedésgátló részletként funkcionál. Rejtélyes maradt, hogy ezt a kibontakozó fehérjeválaszt hogyan közölték a szervezet többi részével.

Némi vizsgálat után Dillin csapata felfedezte, hogy a stresszes neuronok mitokondriumai vezikulákat – buborékszerű tartályokat, amelyek anyagokat mozgatnak a sejt körül vagy a sejtek között – használnak, hogy a Wnt nevű jelet az idegsejteken túl a test más sejtjeinek továbbítsák. A biológusok már tudták, hogy a Wnt szerepet játszik a testmintázat kialakításában a korai embrionális fejlődés során, amely során olyan javítási folyamatokat is beindít, mint például a kibontakozó fehérje válasz. Mégis, hogyan kerülhette el a Wnt jelzés, ha egy felnőttnél be van kapcsolva, az embrionális program aktiválását?

Dillin gyanította, hogy kell lennie egy másik jelnek, amellyel Wnt kapcsolatba lép. További munka után a kutatók felfedezték, hogy a csíravonal mitokondriumában – és egyetlen más mitokondriumban sem – expresszálódó gén képes megszakítani a Wnt fejlődési folyamatait. Ez az eredmény azt sugallta neki a csíravonal sejtek kritikus szerepet játszanak a Wnt jel továbbításában az idegrendszer és a szövetek között a test többi része között.

„A csíravonal ehhez elengedhetetlen” – mondta Dillin. Nem világos azonban, hogy a csíravonal mitokondriumai erősítőkként működnek-e, fogadják a jelet az agy mitokondriumaitól, és továbbítják azt más szövetekhez, vagy a fogadó szövetek „hallgatnak” mindkét forrásból érkező jelekre.

Akárhogy is, a csíravonal jelének erőssége szabályozza a szervezet élettartamát, mondta Dillin. Ahogy a féreg öregszik, petéinek vagy spermájának minősége romlik – amit mi a biológiai óra ketyegésének nevezünk. A csökkenés a csírasejtek azon képességében is megmutatkozik, hogy jeleket továbbítanak az agy mitokondriumaiból – javasolta. Ahogy a féreg öregszik, csíravonala kevésbé hatékonyan továbbítja a javító jelet, így a teste is hanyatlik.

A tudósok még nem tudják, hogy ezek az eredmények az emberekre vonatkoznak-e, és hogyan öregszünk. Ennek ellenére a hipotézisnek van értelme szélesebb evolúciós szempontból, mondta Dillin. Amíg a csírasejtek egészségesek, túlélést támogató jeleket küldenek annak biztosítására, hogy gazdaszervezetük túlélje a szaporodást. De mivel a csírasejtek minősége romlik, nincs evolúciós ok az élettartam további meghosszabbítására; Az evolúció szemszögéből nézve az élet azért létezik, hogy újratermelje önmagát.

Az a tény, hogy a mitokondriumok beszélni tudnak egymással, kissé riasztónak tűnhet, de van rá magyarázat. Réges-régen a mitokondriumok szabadon élő baktériumok voltak, amelyek egy másik típusú primitív sejttel egyesítették erőiket, hogy együtt működjenek a modern komplex sejtjeinkké. Tehát a kommunikációs képességük valószínűleg a mitokondriumok szabadon élő bakteriális ősének relikviája.

"Ez a kis dolog, amely évmilliárdok óta ketyeg a sejtekben, még mindig megőrzi bakteriális eredetét" - mondta Dillin. És ha a férgekkel kapcsolatos kutatásai megállják a helyüket az olyan összetettebb élőlényeknél, mint az emberek, akkor lehetséges, hogy a mitokondriumok éppen az Ön koráról beszélnek.