เซลล์ทั่วร่างกายคุยกันเรื่องความชรา | นิตยสารควอนต้า

การสูงวัยอาจดูเหมือนเป็นกระบวนการที่ไม่ได้รับการควบคุม: เมื่อเวลาผ่านไป เซลล์และร่างกายของเราจะสะสมสิ่งสกปรกและรอยบุบที่ทำให้เกิดความผิดปกติ ความล้มเหลว และการเสียชีวิตในที่สุด อย่างไรก็ตาม ในปี 1993 การค้นพบครั้งหนึ่งทำให้การตีความเหตุการณ์นั้นพลิกกลับ นักวิจัยพบการกลายพันธุ์ในยีนตัวเดียวที่ทำให้อายุขัยของหนอนเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า งานต่อมาแสดงให้เห็นว่ายีนที่เกี่ยวข้อง ซึ่งทั้งหมดเกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่ออินซูลิน เป็นตัวควบคุมหลักในการแก่ชราในสัตว์หลายชนิด ตั้งแต่หนอนและแมลงวันไปจนถึงมนุษย์ การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าการแก่ชราไม่ใช่กระบวนการสุ่ม จริงๆ แล้วยีนจำเพาะควบคุมมัน และเปิดประตูสู่การวิจัยเพิ่มเติมว่าการแก่ชราดำเนินไปอย่างไรในระดับโมเลกุล

เมื่อเร็ว ๆ นี้ เอกสารชุดหนึ่งได้บันทึกวิถีทางชีวเคมีแบบใหม่ที่ควบคุมการแก่ชรา โดยอิงจากสัญญาณที่ส่งผ่านระหว่างไมโตคอนเดรีย ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ที่รู้จักกันดีว่าเป็นโรงไฟฟ้าของเซลล์ การทำงานกับหนอน นักวิจัยพบว่าความเสียหายต่อไมโตคอนเดรียในเซลล์สมองกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองในการซ่อมแซม จากนั้นจึงขยายวงกว้างขึ้น ทำให้เกิดปฏิกิริยาที่คล้ายกันในไมโตคอนเดรียทั่วร่างกายของหนอน ผลของกิจกรรมการซ่อมแซมนี้คือการยืดอายุขัยของสิ่งมีชีวิต: หนอนที่ได้รับการซ่อมแซมความเสียหายของไมโตคอนเดรียจะมีชีวิตยืนยาวขึ้น 50%

ยิ่งไปกว่านั้น เซลล์ในเจิร์มไลน์ ซึ่งก็คือเซลล์ที่ผลิตไข่และสเปิร์ม ถือเป็นศูนย์กลางของระบบการสื่อสารในการต่อต้านวัยนี้ เป็นการค้นพบที่เพิ่มมิติใหม่ให้กับความกังวลเรื่องการเจริญพันธุ์โดยนัยเมื่อผู้คนพูดถึงความชราและ "นาฬิกาชีวภาพ" ผลการวิจัยบางส่วนพบว่า รายงานใน วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า และคนอื่นๆ ได้ถูกโพสต์ลงใน เซิร์ฟเวอร์การพิมพ์ล่วงหน้าทางวิทยาศาสตร์ biorxiv.org ในฤดูใบไม้ร่วง.

การวิจัยนี้สร้างขึ้นจากผลงานล่าสุดที่ชี้ให้เห็นว่า ไมโตคอนเดรียเป็นออร์แกเนลล์ทางสังคม ที่สามารถพูดคุยกันได้แม้จะอยู่ในเนื้อเยื่อคนละส่วนก็ตาม โดยพื้นฐานแล้ว ไมโตคอนเดรียทำหน้าที่เป็นเครื่องส่งรับวิทยุระดับเซลล์ โดยส่งข้อความไปทั่วร่างกายที่มีอิทธิพลต่อการอยู่รอดและอายุขัยของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด

“สิ่งสำคัญที่นี่คือ นอกเหนือจากโปรแกรมทางพันธุกรรมแล้ว ยังมีปัจจัยที่สำคัญมากในการควบคุมความชรา ซึ่งเป็นการสื่อสารระหว่างเนื้อเยื่อ” กล่าว เดวิด วิลเชซซึ่งศึกษาเรื่องความชราที่มหาวิทยาลัยโคโลญจน์ และไม่เกี่ยวข้องกับงานวิจัยใหม่นี้

นักชีววิทยาด้านเซลล์ แอนดรูว์ ดิลลิน ค้นพบคำแนะนำแรกของเส้นทางใหม่นี้ที่ควบคุมช่วงชีวิตเมื่อประมาณทศวรรษที่แล้ว เขากำลังตามล่าหายีนที่ยืดอายุใน Caenorhabditis elegans เวิร์มเมื่อเขาพบว่าการทำลายไมโตคอนเดรียทางพันธุกรรมช่วยยืดอายุของหนอนได้ถึง 50%

นั่นเป็นสิ่งที่ไม่คาดคิด Dillin สันนิษฐานว่าไมโตคอนเดรียที่มีข้อบกพร่องจะช่วยเร่งความตายมากกว่าที่จะยืดอายุขัย เพราะไมโตคอนเดรียเป็นส่วนสำคัญของการทำงานของเซลล์ แต่ด้วยเหตุผลบางประการ การทำให้ไมโตคอนเดรียทำงานได้อย่างราบรื่นทำให้หนอนมีอายุยืนยาวขึ้น

สิ่งที่น่าสนใจกว่านั้นก็คือความจริงที่ว่า ไมโตคอนเดรียที่เสียหาย ในระบบประสาทของหนอนดูเหมือนว่าจะขับเคลื่อนผลกระทบ “มันบอกจริงๆ ว่าไมโตคอนเดรียบางชนิดมีความสำคัญมากกว่าไมโตคอนเดรียอื่นๆ” Dillin ซึ่งปัจจุบันเป็นศาสตราจารย์ที่ University of California, Berkeley กล่าว “เซลล์ประสาทสั่งการสิ่งนี้กับส่วนที่เหลือของสิ่งมีชีวิต และนั่นก็น่าแปลกใจจริงๆ”

ตอนนี้ Dillin และทีมงานของเขาได้ขยายการค้นพบนั้นด้วยการค้นพบรายละเอียดใหม่เกี่ยวกับวิธีที่ไมโตคอนเดรียในสมองสื่อสารกับเซลล์ทั่วร่างกายของหนอนเพื่อยืดอายุขัย

ก่อนอื่น เขาต้องเข้าใจว่าทำไมความเสียหายต่อไมโตคอนเดรียในสมองจึงอาจส่งผลดีต่อสิ่งมีชีวิตได้ กระบวนการของไมโตคอนเดรียในการผลิตพลังงานต้องใช้กลไกโมเลกุลที่ซับซ้อนอย่างยิ่งซึ่งมีชิ้นส่วนโปรตีนที่แตกต่างกันหลายสิบชิ้น เมื่อสิ่งต่าง ๆ ผิดปกติ เช่น เมื่อส่วนประกอบบางอย่างหายไปหรือพับผิด ไมโตคอนเดรียจะกระตุ้นการตอบสนองต่อความเครียด หรือที่เรียกว่าการตอบสนองของโปรตีนที่กางออก ซึ่งส่งเอนไซม์ซ่อมแซมเพื่อช่วยให้คอมเพล็กซ์ประกอบกันอย่างเหมาะสมและฟื้นฟูการทำงานของไมโตคอนเดรีย ด้วยวิธีนี้ การตอบสนองของโปรตีนที่กางออกช่วยให้เซลล์แข็งแรง

Dillin คาดว่ากระบวนการนี้จะเกิดขึ้นภายในเซลล์ประสาทที่มีไมโตคอนเดรียที่เสียหายเท่านั้น แต่เขาสังเกตเห็นว่าเซลล์ในเนื้อเยื่ออื่น ๆ ของร่างกายของหนอนยังเปิดการตอบสนองในการซ่อมแซมแม้ว่าไมโตคอนเดรียของพวกมันจะยังคงอยู่ก็ตาม

กิจกรรมซ่อมแซมนี้เองที่ช่วยให้หนอนมีอายุยืนยาวขึ้น เช่นเดียวกับการขับรถไปหาช่างซ่อมรถเป็นประจำ การตอบสนองของโปรตีนที่กางออกดูเหมือนจะทำให้เซลล์ทำงานได้ดีและทำหน้าที่เป็นรายละเอียดในการต่อต้านวัย สิ่งที่ยังคงลึกลับอยู่ก็คือการตอบสนองของโปรตีนที่เปิดเผยนี้ถูกสื่อสารไปยังส่วนที่เหลือของสิ่งมีชีวิตอย่างไร

หลังจากการสืบสวน ทีมของ Dillin ค้นพบว่าไมโตคอนเดรียในเซลล์ประสาทที่เครียดกำลังใช้ถุงน้ำ ซึ่งเป็นภาชนะคล้ายฟองที่เคลื่อนย้ายวัสดุรอบๆ เซลล์หรือระหว่างเซลล์ เพื่อส่งสัญญาณที่เรียกว่า Wnt เลยเซลล์ประสาทไปยังเซลล์อื่นๆ ในร่างกาย นักชีววิทยารู้อยู่แล้วว่า Wnt มีบทบาทในการกำหนดรูปแบบของร่างกายในระหว่างการพัฒนาของตัวอ่อนในระยะแรก ซึ่งในระหว่างนั้นยังกระตุ้นให้เกิดกระบวนการซ่อมแซม เช่น การตอบสนองของโปรตีนที่กางออก ถึงกระนั้น เมื่อเปิดใช้งานการส่งสัญญาณในผู้ใหญ่แล้ว จะสามารถหลีกเลี่ยงการเปิดใช้งานโปรแกรมตัวอ่อนได้อย่างไร

ดิลลินสงสัยว่าจะต้องมีสัญญาณอื่นที่จะไม่โต้ตอบด้วย หลังจากการทำงานเพิ่มเติม นักวิจัยค้นพบว่ายีนที่แสดงออกในไมโตคอนเดรียของเจิร์มไลน์ และไม่มีในไมโตคอนเดรียอื่นใด สามารถขัดขวางกระบวนการพัฒนาของ Wnt ได้ ผลนั้นก็บอกแก่เขาอย่างนั้น เซลล์เจิร์มไลน์มีบทบาทสำคัญ ในการถ่ายทอดสัญญาณ Wnt ระหว่างระบบประสาทและเนื้อเยื่อทั่วร่างกาย

“เจิร์มไลน์จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับสิ่งนี้” Dillin กล่าว อย่างไรก็ตาม ยังไม่ชัดเจนว่าไมโตคอนเดรียเจิร์มไลน์ทำหน้าที่เป็นตัวขยายสัญญาณ รับสัญญาณจากไมโตคอนเดรียในสมองและส่งไปยังเนื้อเยื่ออื่น หรือเนื้อเยื่อที่รับนั้น "กำลังฟัง" สัญญาณจากทั้งสองแหล่งหรือไม่

ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด ความแรงของสัญญาณเจิร์มไลน์จะควบคุมช่วงชีวิตของสิ่งมีชีวิต Dillin กล่าว เมื่อหนอนมีอายุมากขึ้น คุณภาพของไข่หรือสเปิร์มของมันจะลดลง ซึ่งเราเรียกว่าการเดินของนาฬิกาชีวภาพ การลดลงยังสะท้อนให้เห็นในความสามารถในการเปลี่ยนแปลงของเซลล์สืบพันธุ์ในการส่งสัญญาณจากไมโตคอนเดรียในสมอง เขากล่าว เมื่อหนอนโตขึ้น เจิร์มไลน์ของมันจะส่งสัญญาณการซ่อมแซมได้อย่างมีประสิทธิภาพน้อยลง และร่างกายของมันก็เสื่อมถอยเช่นกัน

นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบว่าการค้นพบนี้ใช้ได้กับมนุษย์หรือไม่ และอายุของเราเป็นอย่างไร ถึงกระนั้น สมมติฐานนี้ก็สมเหตุสมผลจากมุมมองเชิงวิวัฒนาการที่กว้างขึ้น Dillin กล่าว ตราบใดที่เซลล์สืบพันธุ์ยังแข็งแรงดี พวกมันจะส่งสัญญาณการอยู่รอดเพื่อให้แน่ใจว่าสิ่งมีชีวิตที่เป็นโฮสต์ของพวกมันยังมีชีวิตอยู่เพื่อสืบพันธุ์ แต่เมื่อคุณภาพของเซลล์สืบพันธุ์ลดลง ก็ไม่มีเหตุผลเชิงวิวัฒนาการที่จะยืดอายุขัยต่อไปอีก จากมุมมองของวิวัฒนาการ ชีวิตดำรงอยู่เพื่อสืบพันธุ์ด้วยตัวเอง

ความจริงที่ว่าไมโตคอนเดรียสามารถพูดคุยกันเองได้อาจดูน่าตกใจ แต่ก็มีคำอธิบายอยู่ นานมาแล้ว ไมโตคอนเดรียเป็นแบคทีเรียที่มีชีวิตอิสระซึ่งผนึกกำลังกับเซลล์ดึกดำบรรพ์อีกประเภทหนึ่งเพื่อทำงานร่วมกันในเซลล์ที่ซับซ้อนสมัยใหม่ของเรา ดังนั้นความสามารถในการสื่อสารของพวกเขาน่าจะเป็นของที่ระลึกจากบรรพบุรุษแบคทีเรียที่มีชีวิตอิสระของไมโตคอนเดรีย

“สิ่งเล็กๆ น้อยๆ ที่ติดอยู่ภายในเซลล์มานานนับพันล้านปียังคงรักษาต้นกำเนิดของแบคทีเรียไว้” Dillin กล่าว และหากการวิจัยของเขาเกี่ยวกับหนอนยังคงอยู่ในสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนมากขึ้นเช่นมนุษย์ ก็เป็นไปได้ที่ไมโตคอนเดรียของคุณกำลังพูดถึงอายุของคุณในตอนนี้