Celice po celem telesu se med seboj pogovarjajo o staranju | Revija Quanta

Staranje se lahko zdi kot nereguliran proces: ko čas teče, se v naših celicah in telesu neizogibno kopičijo udrtine in udrtine, ki povzročajo disfunkcije, okvare in končno smrt. Vendar je leta 1993 odkritje ovrglo to razlago dogodkov. Raziskovalci so odkrili mutacijo v enem samem genu, ki je podvojila življenjsko dobo črva; nadaljnje delo je pokazalo, da so sorodni geni, vsi vključeni v odziv na insulin, ključni regulatorji staranja pri množici živali, od črvov in muh do ljudi. Odkritje je pokazalo, da staranje ni naključen proces - dejansko ga uravnavajo specifični geni - in odprlo vrata nadaljnjim raziskavam o tem, kako staranje poteka na molekularni ravni.

Pred kratkim je vrsta člankov dokumentirala novo biokemično pot, ki uravnava staranje, ki temelji na signalih, ki se prenašajo med mitohondriji, organeli, najbolj znani kot elektrarna celice. Raziskovalci so pri delu s črvi ugotovili, da je poškodba mitohondrijev v možganskih celicah sprožila odziv na popravilo, ki se je nato okrepil in sprožil podobne reakcije v mitohondrijih po celem telesu črva. Učinek te popravljalne dejavnosti je bil podaljšanje življenjske dobe organizma: črvi s popravljeno mitohondrijsko poškodbo so živeli 50 % dlje.

Še več, celice v zarodni liniji – celice, ki proizvajajo jajčeca in spermo – so bile osrednjega pomena za ta komunikacijski sistem proti staranju. To je odkritje, ki dodaja nove razsežnosti zaskrbljenosti glede plodnosti, ki je implicirana, ko ljudje govorijo o staranju in njihovi "biološki uri". Nekatere ugotovitve so bile poročali v Znanost Predplačila in drugi so bili objavljeni na znanstveni strežnik za predtisk biorxiv.org v jeseni.

Raziskava temelji na nedavnem delu, ki nakazuje, da mitohondriji so socialni organeli ki se lahko med seboj pogovarjajo, tudi ko so v različnih tkivih. V bistvu mitohondriji delujejo kot celični walkie-talkie, ki pošiljajo sporočila po telesu, ki vplivajo na preživetje in življenjsko dobo celotnega organizma.

"Pomembno pri tem je, da poleg genetskih programov obstaja tudi zelo pomemben dejavnik za uravnavanje staranja, to je komunikacija med tkivi," je dejal. David Vilčez, ki proučuje staranje na Univerzi v Kölnu in ni bil vključen v novo raziskavo.

Celični biolog Andrew Dillin odkrili prve namige te nove poti, ki uravnava življenjsko dobo pred približno desetletjem. Je lovil gene za podaljševanje življenja v Caenorhabditis elegans črvi, ko je ugotovil, da gensko poškodovanje mitohondrijev podaljša življenje črvov za 50 %.

To je bilo nepričakovano. Dillin je domneval, da bodo okvarjeni mitohondriji pospešili smrt, namesto da bi podaljšali življenje - navsezadnje so mitohondriji osrednjega pomena za delovanje celice. Vendar pa je iz neznanega razloga gumiranje nemotenega delovanja mitohondrijev prisililo črve k daljšemu življenju.

Bolj intrigantno je bilo dejstvo, da poškodovanih mitohondrijev v živčnem sistemu črvov se je zdelo, da poganja učinek. "Res pravi, da so nekateri mitohondriji pomembnejši od drugih," je dejal Dillin, ki je zdaj profesor na kalifornijski univerzi Berkeley. "Nevroni to narekujejo preostalemu organizmu in to je bilo res presenetljivo."

Zdaj sta Dillin in njegova ekipa to ugotovitev razširila z odkrivanjem novih podrobnosti o tem, kako mitohondriji v možganih komunicirajo s celicami po telesu črva, da bi podaljšali življenje.

Najprej je moral razumeti, zakaj bi lahko poškodbe možganskih mitohondrijev blagodejno vplivale na organizem. Proces mitohondrijev za ustvarjanje energije zahteva izjemno zapleten molekularni stroj z desetinami različnih beljakovinskih delov. Ko gredo stvari po zlu, na primer, ko nekatere komponente manjkajo ali so napačno zvite, mitohondriji aktivirajo stresni odziv, znan kot odziv na nerazvite proteine, ki zagotavlja popravljalne encime, ki pomagajo kompleksom pravilno sestaviti in obnoviti delovanje mitohondrijev. Na ta način odziv beljakovin ohranja celice zdrave.

Dillin je pričakoval, da se bo ta proces odvijal le znotraj nevronov s poškodovanimi mitohondriji. Kljub temu je opazil, da so celice v drugih tkivih telesa črva prav tako sprožile popravljalne odzive, čeprav so bili njihovi mitohondriji nedotaknjeni.

Prav ta popravljalna dejavnost je črvom pomagala živeti dlje. Kot bi redno vozili avto k mehaniku, se je zdelo, da razvit proteinski odziv ohranja celice v dobrem stanju in deluje kot detajl proti staranju. Kar je ostalo skrivnostno, je bilo, kako je bil ta razvit proteinski odziv sporočen preostalemu organizmu.

Po nekaj preiskavah je Dillinova ekipa odkrila, da mitohondriji v stresnih nevronih uporabljajo vezikle - mehurčkom podobne posode, ki premikajo materiale po celici ali med celicami - za prenos signala, imenovanega Wnt, preko živčnih celic do drugih celic v telesu. Biologi so že vedeli, da ima Wnt vlogo pri vzpostavljanju telesnega vzorca med zgodnjim embrionalnim razvojem, med katerim sproži tudi popravljalne procese, kot je odziv na nerazvite beljakovine. Kljub temu, kako bi lahko Wnt signalizacija, ko je vklopljena pri odrasli osebi, preprečila aktiviranje embrionalnega programa?

Dillin je sumil, da mora obstajati še en signal, s katerim je sodeloval Wnt. Po nadaljnjem delu so raziskovalci odkrili, da lahko gen, izražen v mitohondrijih zarodne linije - in v nobenem drugem mitohondriju - prekine razvojne procese Wnt. Ta rezultat mu je nakazal, da zarodne celice igrajo ključno vlogo pri posredovanju signala Wnt med živčnim sistemom in tkivi po celem telesu.

"Zarodna linija je absolutno bistvenega pomena za to," je dejal Dillin. Ni pa jasno, ali mitohondriji zarodne linije delujejo kot ojačevalci, ki sprejemajo signal iz možganskih mitohondrijev in ga prenašajo v druga tkiva, ali pa sprejemna tkiva "poslušajo" signale iz obeh virov.

Kakor koli že, moč signala zarodne linije uravnava življenjsko dobo organizma, je dejal Dillin. Ko se črv stara, kakovost njegovih jajčec ali sperme upada – kar imenujemo tiktakanje biološke ure. Upad se odraža tudi v spreminjajoči se sposobnosti zarodnih celic za prenos signalov iz možganskih mitohondrijev, je predlagal. Ko se črv stara, njegova zarodna linija slabše prenaša popravljalni signal, zato tudi njegovo telo propada.

Znanstveniki še ne vedo, ali te ugotovitve veljajo za ljudi in kako se staramo. Kljub temu je hipoteza smiselna s širšega evolucijskega vidika, je dejal Dillin. Dokler so zarodne celice zdrave, pošiljajo signale za preživetje, da zagotovijo, da njihov gostiteljski organizem preživi in ​​se razmnožuje. Ker pa kakovost zarodnih celic upada, ni nobenega evolucijskega razloga za nadaljnje podaljševanje življenjske dobe; z vidika evolucije življenje obstaja zato, da se razmnožuje.

Dejstvo, da se mitohondriji lahko pogovarjajo med seboj, se morda zdi nekoliko zaskrbljujoče, vendar obstaja razlaga. Pred davnimi časi so bili mitohondriji prostoživeče bakterije, ki so združile moči z drugo vrsto primitivnih celic, da bi skupaj delovale v tem, kar je postalo naše sodobne kompleksne celice. Torej je njihova sposobnost komuniciranja verjetno relikt prostoživečega bakterijskega prednika mitohondrijev.

"Ta majhna stvar, ki je tiktakala v celicah milijarde let, še vedno ohranja svoj bakterijski izvor," je dejal Dillin. In če njegove raziskave na črvih držijo v kompleksnejših organizmih, kot so ljudje, je možno, da vaši mitohondriji zdaj govorijo o vaši starosti.