Srca niso zlomljena. Vendar se s starostjo zgodi. Tudi z zdravo prehrano in telesno vadbo, ko se naša leta počasi iztekajo, narašča tudi tveganje za zamašene arterije, krhke krvne žile in nazadnje srčno popuščanje.
Zakaj?
Znanstveniki si že dolgo prizadevajo razvozlati skrivnost, kako je staranje povezano s povečanim tveganjem za bolezni srca, ki so glavni ubijalec našega časa. To je težka težava: številni biološki vidiki, ki segajo od narave do nege, lahko subtilno vplivajo na zdravje srca. Da bi razvozlali skrivnost, so nekateri poskusi trajali več kot pol stoletja in obsegali na stotisoče ljudi.
Dobra novica? Imamo namige. S starostjo srčne celice drastično spremenijo svoje delovanje, sčasoma se le stežka skrčijo in sprostijo. Nova študija objavljeno v Staranje narave pogledal globoko v genetsko kodo, da bi razkril, zakaj se to zgodi.
Začenši z ducatom prostovoljcev, starih od 0 do 82 let, je ekipa sekvencirala celoten genom 56 celic srčne mišice ali kardiomiocitov. Rezultat je prva krajinska slika genetskih sprememb starajočega se srca. Ko se staramo, dobi srce dvojni udarec na ravni DNK. Genska koda celic se fizično pokvari, medtem ko se zmanjša njihova sposobnost popravljanja DNK.
To je veliko presenečenje. Tako kot možganske celice so tudi kardiomiociti biološka končna igra, saj se ne morejo več deliti na nove in mlajše potomce. Te vrste celic imajo na splošno nekakšen zaščitni "oklep", saj so manj dovzetne za mutacije.
Ne velja za kardiomiocite. V primerjavi z nevroni celice s starostjo hitro kopičijo poškodbe DNK, in to trikrat hitreje, kljub temu, da so nevroni zelo zapletena in posebej občutljiva vrsta celice.
"Ko se staraš in dobivaš več mutacij, dodajaš škodljive učinke, ki lahko potisnejo srce čez prelomno točko v bolezen," je dejal avtor študije dr. Ming Hui Chen, kardiolog v bostonski otroški bolnišnici. "Lahko pride do točke, ko je toliko DNK poškodovanega, da srce ne more več dobro utripati."
Rezultati nam dajejo pogled na starajoče se srce iz ptičje perspektive. Kot uganka "zagotavljajo paradigmo za razumevanje vpliva staranja na srčno disfunkcijo," so zapisali avtorji.
Privoščite si srce
Kardiomiociti so žilava bitja. Predstavljajte si črpalko, ki samodejno in zanesljivo izbrizga ravno pravo količino krvi z občutnim pritiskom, da vaše celotno telo napoji s hranili. Če ste opravljali kakršna koli vodovodna dela, je težko. Vendar te celice delujejo sinhronizirano, večinoma brez kolcanja, vse vaše življenje. To je občutljivo ravnovesje: premajhen pritisk ali hitrost prikrajša vaše možgane in druge okončine krvi. Preveč in je tako, kot da bi veliko vrtno cev tekočine pod visokim pritiskom brizgali v drobno zelišče, ki vzklije v začetnem lončku.
Podobno kot pri gumijasti vrtni cevi se kardiomiociti s staranjem obrabijo. Večina primerov srčnega popuščanja se zgodi pri ljudeh, starejših od 65 let, tudi če so razmeroma zdravi – to je brez visokega holesterola v krvi, krvnega tlaka ali drugih pogostih dejavnikov tveganja. Ampak ne vsi.
"Nekateri posamezniki z nizkim ali vmesnim tveganjem, ki temelji na tradicionalnih dejavnikih tveganja, še vedno doživljajo bolezni srca, kar kaže, da bi lahko bili pomembni dodatni, neidentificirani dejavniki," so zapisali avtorji. Kaj še povzroča bolezni srca pri starejši populaciji?
Sprostite DNK mojega srca
Pri reševanju tega vprašanja se je ekipa obrnila na močno genetsko orodje: enocelično sekvenciranje, ki zajame verigo DNK vsake analizirane celice. Tehnika zajame individualnost - na primer genetske in druge spremembe -, ki bi bile sicer prikrite, če bi analizirali in povprečili na stotine celic hkrati.
Raznolikost genoma celice je bila v središču študije. "To je prvič, da so somatske mutacije obravnavali v človeškem srcu na ravni ene celice," je povedala avtorica študije dr. Sangita Choudhury.
Ekipa je izpilila, kako se podpis DNK srčnih celic spreminja s starostjo. Te vrste mutacij imenujemo "somatske mutacije", ker jih ni mogoče prenesti na naslednjo generacijo.
Vse celice niso zgrajene enako. Nekatere, kot so jetrne celice, lahko prenesejo veliko škode in se obnovijo. Drugi, kot so kardiomiociti, se ne morejo več deliti in morajo sami prenesti kakršno koli poškodbo DNK. S starostjo lahko te celice kopičijo genetske mutacije. Zapleteni so: večina nima očitnih učinkov, nekateri pa lahko, kot je zlobnež iz grozljivk, tiho sprožijo, da celice postanejo rakaste, ali jih celo ubijejo. Te mutacije so že prej povezovali z boleznijo koronarnih arterij, glavnim vzrokom za težave s srcem v starosti.
Ekipa, ki je poskušala zajeti mutacijske znake, ki vodijo do bolezni srca, se je globoko potopila v gene darovanih src ljudi od otroštva do starejših. Z izolacijo jeder – okrogle, mareličnim semenom podobne strukture, v kateri je DNK – so ovrednotili svojo metodo in nato primerjali genetska zaporedja treh različnih starostnih skupin.
Osredotočili so se na eno glavno razliko: enonukleotidne mutacije (imenovane tudi enonukleotidni polimorfizmi ali SNP). Te spremembe so preproste: gre za zamenjavo ene same črke v genomu in ne, recimo, za cel kos, ki je obrnjen ali podvojen. SNP-ji, če jih ocenimo kot celoto, vsebujejo ogromno informacij. So najpogostejša oblika somatskih mutacij.
Tako kot žebljički, ki označujejo potovanja na zemljevidu sveta, je z dovolj mutacijami SNP mogoče sestaviti celoten »zemljevid« ali podpis, ki se povezuje s specifičnimi biološkimi procesi ali boleznimi. Na primer, obstaja zemljevid celičnih sprememb, povezanih s kajenjem tobaka ali težavami s popravljanjem DNK.
"Razumevanje mutacijskih podpisov in njihovega mehanizma nastanka bi nas lahko vodilo do odkritja mehanizma poškodbe DNK in napredovanja bolezni v starajočem se srcu," so povedali avtorji.
S sekvenciranjem skoraj 60 vzorcev je ekipa nato delala na algoritmu za razčlenitev podatkov in jih primerjala z dobro znano zbirko podatkov o raku, imenovano COSMIC. Urejanja DNK so se s starostjo povečevala, pri čemer se vrste mutacij prilegajo štirim različnim vrstam podpisov. Podpis A je na primer zamenjal črki DNK C in T. Čeprav se morda ne sliši preveč, si predstavljajte, da bi vse C-je v tem članku zamenjali s T-ji ali obratno – s tem bi razbili celotno besedilo.
Ob nadaljnjem raziskovanju molekularnega pritrjevanja podpisov je ekipa našla enega potencialnega krivca za staranje in disfunkcijo srca: oksidativni stres. Nesrečni stranski produkt normalne presnove celice, te molekule delujejo kot majhne topovske krogle in povzročajo kaos v celicah, DNK in njihovih membranah. Medtem ko imajo mlajše celice običajno način za obrambo pred hudimi napadi, starejše postopoma izgubijo to sposobnost. Rezultat ni lep. Srčne celice, na primer, lahko končajo s poškodovanimi črkami DNK, medtem ko je njihov mehanizem za popravilo genoma hkrati uničen.
Na nek način to ni tako presenetljivo, je dejal Chen. »Ker srce vedno črpa, porabi veliko energije,« kar proizvaja kemikalije, ki lahko poškodujejo DNK. Šok je bila posebna sposobnost srca, da prepreči škodo. Kardiomiociti imajo supermoč, da podvojijo svoje kromosome in tako zaščitijo pred neusmiljenimi napadi na svojo DNK.
Študija za zdaj kaže le, da se somatske mutacije povečujejo s starostjo, kar je v korelaciji s poškodovanimi srčnimi celicami. Ali se črke DNK zamenjajo vzrok poškodbe srca je treba še ugotoviti. Toda študija je prva za seciranje bolezni srca na ravni ene celice v velikem obsegu. To je tako, kot bi prešli z amaterskega daljnogleda na vesoljski teleskop Jamesa Webba – zdaj lahko analiziramo vsako posamezno celico, tako kot zvezdo na nebu, tako da razčlenimo njeno DNK v starajočem se srcu.
Če ne upoštevamo kardiomiocitov, si želimo ogledati tudi različne vrste celic v srcu, je dejal Choudhury. "Dotaknili smo se le vrha ledene gore."
Kreditno slike: AnaitSmi / Shutterstock.com
