การศึกษาอายุยืนใน 5 สายพันธุ์นี้พบหนทางใหม่ในการย้อนวัย

กลไกระดับโมเลกุลของร่างกายเราสลายไปตามอายุ

DNA สะสมการกลายพันธุ์ ปลายป้องกันของพวกมันสึกกร่อนไป ไมโทคอนเดรียซึ่งเป็นโรงงานผลิตพลังงานของเซลล์จะสั่นคลอนและพังทลายลง ระบบภูมิคุ้มกันทำงานยุ่งเหยิง แหล่งสำรองของสเต็มเซลล์ลดน้อยลง ในขณะที่เซลล์ที่โตเต็มวัยบางส่วนเข้าสู่สภาวะเหมือนซอมบี้ ปล่อยสารเคมีที่เป็นพิษสู่สิ่งแวดล้อม

ภาพฟังดูน่ากลัว แต่ก็ไม่ใช่ข่าวร้ายทั้งหมด ความชราเป็นปริศนาที่ซับซ้อน การค้นพบชิ้นส่วนแต่ละชิ้นทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถรวบรวมภาพรวมของวิธีการและสาเหตุที่เราอายุมากขึ้น และสร้างวิธีใหม่ๆ ในการป้องกันอาการที่เกี่ยวข้องกับอายุ

มีความสำเร็จบางอย่างแล้ว Senolytics—ยาที่ฆ่าเซลล์ซอมบี้—อยู่ในการทดลองทางคลินิกแล้ว. การเขียนโปรแกรมซ้ำบางส่วนซึ่งลบเอกลักษณ์ของเซลล์และเปลี่ยนกลับไปสู่สถานะคล้ายสเต็มเซลล์ กำลังได้รับความนิยมในฐานะการรักษาทางเลือกที่มีแนวโน้ม และเป็นหนึ่งในการลงทุนเพื่ออายุยืนที่ร้อนแรงที่สุดในซิลิคอนวัลเลย์

การศึกษาใหม่ in ธรรมชาติ ออกตามล่าอีกชิ้นเพื่อไขปริศนาความชรา ในห้าสปีชีส์ในระดับวิวัฒนาการ ได้แก่ หนอน แมลงวัน หนู หนู และมนุษย์ ทีมงานมุ่งเน้นไปที่กระบวนการระดับโมเลกุลที่สำคัญซึ่งขับเคลื่อนเซลล์ทุกเซลล์ภายในร่างกายและเสื่อมโทรมไปตามอายุ

กระบวนการนี้เรียกว่าการถอดความ เป็นขั้นตอนแรกในการเปลี่ยนสารพันธุกรรมของเราให้เป็นโปรตีน ที่นี่ ตัวอักษรของ DNA จะถูกปรับปรุงใหม่ให้เป็น "ผู้ส่งสาร" ที่เรียกว่า RNA ซึ่งจะส่งข้อมูลไปยังส่วนอื่นๆ ของเซลล์เพื่อสร้างโปรตีน

นักวิทยาศาสตร์สงสัยมานานแล้วว่าการถอดความอาจผิดพลาดได้เมื่ออายุมากขึ้น แต่การศึกษาใหม่นี้ให้ข้อพิสูจน์ว่าไม่เป็นเช่นนั้น จากการทดสอบทั้ง XNUMX สายพันธุ์ เมื่อสิ่งมีชีวิตมีอายุมากขึ้น กระบวนการดังกล่าวก็เร็วขึ้นอย่างน่าประหลาดใจ แต่เช่นเดียวกับการพยายามพิมพ์ให้เร็วขึ้นเมื่อปิดตา อัตราความผิดพลาดก็พุ่งสูงขึ้นเช่นกัน

มีการแก้ไข ด้วยการใช้วิธีการสองวิธีที่ทราบกันดีว่าช่วยยืดอายุขัย ทีมงานสามารถชะลอการถอดความในสปีชีส์หลายชนิด รวมถึงหนูด้วย การกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมที่ย้อนกลับการถอดความที่เลอะเทอะยังช่วยยืดอายุขัยของหนอนและแมลงวันผลไม้ และเพิ่มความสามารถในการแบ่งตัวและการเจริญเติบโตของเซลล์มนุษย์

ตราสัญลักษณ์ใหม่แห่งความชรายังไม่พร้อมสำหรับการทดสอบในมนุษย์ แต่ "มันเปิดพื้นที่ใหม่ในการทำความเข้าใจว่าทำไมเราถึงอายุมากขึ้น" กล่าวว่า ดร.ลินด์เซย์ วู จาก UNSW ซิดนีย์ ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษานี้

ตัวแก้ไขพันธุกรรม

การเปลี่ยนพิมพ์เขียวทางพันธุกรรมของเราให้เป็นโปรตีนนั้นเป็นกระบวนการสองขั้นตอน

ประการแรก ตัวอักษรสี่ตัวของ DNA ได้แก่ A, T, C และ G จะถูกแปลงเป็น RNA นอกจากนี้ยังประกอบด้วยตัวอักษรสี่ตัว RNA เป็นบันทึกย่อของโมเลกุลที่สามารถผ่านพื้นที่ จำกัด ของ DNA เพื่อส่งข้อความไปยังโรงงานผลิตโปรตีนของเซลล์ ที่นั่น RNA ถูกแปลเป็นภาษาของโปรตีน

ขั้นตอนแรก การเปลี่ยน DNA เป็น RNA นั้นยากกว่าที่คิด เพื่อรักษาพื้นที่ DNA จะถูกห่อหุ้มอย่างแน่นหนารอบกลุ่มของโปรตีนที่เรียกว่าฮิสโตน เช่น เบคอนรอบหน่อไม้ฝรั่งแปดก้าน สิ่งนี้ "ซ่อน" ข้อมูลทางพันธุกรรมได้อย่างมีประสิทธิภาพทำให้เซลล์ไม่สามารถอ่านได้

ต้องใช้ตัวช่วยโปรตีนทั้งหมู่บ้านเพื่อคลาย DNA และเตรียมพร้อมสำหรับการถอดความ แต่ดาวดวงนี้คือ Pol II (RNA polymerase II) ซึ่งเป็นมัลติคอมเพล็กซ์ขนาดยักษ์ที่เคลื่อนที่ไปตามสาย DNA ช่วยให้มันเปลี่ยนเป็น RNA รุ่นแรก ๆ ซึ่งเรียกว่า pre-RNA

เช่นเดียวกับประโยคที่มีคำมาก pre-RNA จะถูกคัดลอกไปยังลำดับส่วนย่อยเพื่อสร้างโปรตีน ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการประกบ Pol II มองเห็นกระบวนการทั้งหมด ทำให้แน่ใจว่า RNA นับแสนถูกสร้างขึ้นอย่างสมบูรณ์แบบ

เมื่อเราอายุมากขึ้น กระบวนการต่างๆ ก็เสื่อมโทรมลง ไม่มีใครรู้ว่าทำไม

การศึกษาใหม่ถามว่า: ทำไมไม่มุ่งเน้นไปที่ดาราของรายการถอดความ?

ขยายพันธุ์

การถอดรหัสเครื่องหมายรับรองความชรามาพร้อมกับสิ่งกีดขวาง: โอกาสในการเป็นผู้นำอาจเกี่ยวข้องกับสายพันธุ์เดียวเท่านั้น

การศึกษาครั้งใหม่จัดการกับปัญหาโดยตรงโดยการตรวจสอบห้าสายพันธุ์ โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า RNA sequencing พวกเขาจับความเร็วของ Pol II ขณะที่มันรีดดีเอ็นเอของหนอน แมลงวันผลไม้ หนู หนู และเซลล์มนุษย์ในช่วงอายุต่างๆ กัน ตัวอย่างของมนุษย์มีอายุตั้งแต่ 21 ถึง 70 ปี พร้อมด้วยเซลล์เพาะเลี้ยง "อมตะ" สองสาย

เพื่อให้ได้มุมมองที่ครอบคลุมยิ่งขึ้น ทีมงานได้ทดสอบตัวอย่างจากอวัยวะต่างๆ รวมถึงสมอง ตับ ไต และเลือด

ผลลัพธ์กลับมาอย่างน่าประหลาดใจ แม้ว่าทุกสายพันธุ์จะมี "ลายเซ็นความเร็ว" Pol II ของตัวเอง แต่แนวโน้มก็เหมือนกัน: Poll II เร่งความเร็วข้ามสายพันธุ์ตามอายุในทุกเนื้อเยื่อที่ตรวจสอบ ยีนหรือเนื้อเยื่อที่แน่นอนนั้นไม่สำคัญ การเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับอายุครอบคลุมยีนต่างๆ ประมาณ 200 ยีนในหลายๆ สายพันธุ์ แทนที่จะเป็นการเปลี่ยนแปลงในท้องถิ่น การเร่งความเร็วของ Pol II ดูเหมือนจะเป็นตัวบ่งชี้อายุสากล

ด้วยความเร็ว แต่ข้อผิดพลาดมา Splicing—ซึ่งแก้ไข pre-RNAs—ต้องใช้ความเร็ว Pol II จึงจะอยู่ในโซน Goldilocks การเพิ่มความเร็วจะเพิ่มความเสี่ยงของการแปลที่ไม่ดี ซึ่งในการศึกษาก่อนหน้านี้ "มีความสัมพันธ์กับอายุที่มากขึ้นและอายุขัยที่สั้นลง" ผู้เขียนอธิบาย

“ความเร็วที่เพิ่มขึ้นของ Pol II อาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดในการถอดเสียงมากขึ้น เนื่องจากความสามารถในการพิสูจน์อักษรของ Pol II ถูกท้าทาย” พวกเขากล่าว

ย้อนเวลากลับไป

หาก Pol II ในโอเวอร์ไดรฟ์มีส่วนทำให้แก่ เราจะชะลอวัยลงได้ไหม—และต่อสู้กับความชราด้วย

ในการทดสอบหนึ่ง ทีมงานได้ใช้วิธีการรักษาที่รู้จักกันดี XNUMX วิธีในการชะลอวัย ได้แก่ การยับยั้งการส่งสัญญาณอินซูลินและการจำกัดแคลอรี่ ในหนอน แมลงวัน และหนู การรบกวนทางพันธุกรรมของเส้นทางการรับอินซูลินทำให้ความเร็วของ Pol II ช้าลง การให้หนูกินอาหารในวัยผู้ใหญ่ตอนต้นและวัยกลางคน—แต่ยังไม่ถึงวัยชรา—ยังส่งผลต่อ Pol II อีกด้วย

การทดสอบอื่นที่มุ่งเน้นไปที่คำถามสุดท้าย: การเร่งความเร็วของ Pol II ทำให้อายุมากขึ้นหรือไม่? ที่นี่ ทีมงานติดตามฝูงหนอนดัดแปลงพันธุกรรมและแมลงวันผลไม้ที่มีการกลายพันธุ์ซึ่งลดความเร็ว Pol II ของพวกมัน เมื่อเทียบกับสายพันธุ์ที่ไม่กลายพันธุ์ ทั้งสองสายพันธุ์ที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมยืดอายุขัยของพวกมันได้ 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์

เมื่อทีมใช้ CRISPR-Cas9 เพื่อย้อนกลับการกลายพันธุ์ของ Pol II ในเวิร์ม แต่อายุขัยของพวกมันสั้นลงและตรงกับประเภทไวด์ ดูเหมือนว่า Pol II เป็นสาเหตุของความแก่ ผู้เขียนอธิบาย

ทำไม?

เจาะลึกเข้าไปในกลไกการถอดความ ทีมงานพบคำตอบหนึ่งข้อ ข้อควรจำ: DNA ถูกห่อด้วยมัดเบคอน-หน่อไม้ฝรั่ง ซึ่งรู้จักกันในทางวิทยาศาสตร์ว่านิวคลีโอโซม จากการเปรียบเทียบเซลล์เส้นเลือดดำจากสายสะดือของมนุษย์กับเซลล์ปอด ทีมวิจัยพบว่าเมื่อเซลล์มีอายุมากขึ้น ก้อนเนื้อจะค่อยๆ คลายตัวและหลุดออกจากกัน สิ่งนี้ทำให้ Pol II สามารถเลื่อนข้ามสาย DNA ได้ง่ายขึ้นมาก ซึ่งจะเป็นการกระตุ้นให้เพิ่มความเร็วในการถอดรหัส

การทดสอบทฤษฎีของพวกเขาเพิ่มเติม ทีมงานได้ใส่โปรตีนฮิสโตนสองชนิดลงไปตามพันธุกรรม ซึ่งก็คือส่วนหน่อไม้ฝรั่งของมัดนิวคลีโอโซม เพื่อสร้างนิวคลีโอโซมในเซลล์มนุษย์ในจานเพาะเชื้อ ซึ่งส่งผลให้ความเร็วเพิ่มขึ้นสำหรับ Pol II และทำให้ช้าลง

มันได้ผล เซลล์ที่มีโปรตีนฮิสโตนเพิ่มเติมมีโอกาสน้อยที่จะกลายเป็นเซลล์ชราภาพซอมบี้ ในแมลงวันผลไม้ซึ่งเป็นแบบจำลองยอดนิยมสำหรับการวิจัยอายุยืน การปรับแต่งทางพันธุกรรมทำให้พวกมันมีอายุขัยที่ยืนยาวขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

แม้ว่าจะยังเร็วมาก แต่ผลลัพธ์ที่ได้ก็เป็นข่าวดีสำหรับการแสวงหายาต่อต้านวัยประเภทใหม่ Pol II ได้รับการวิจัยอย่างกว้างขวางในการบำบัดโรคมะเร็ง โดยมียาหลายตัวที่ผ่านการทดสอบและรับรองแล้ว ทำให้มีโอกาสที่จะนำยากลับมาใช้ใหม่สำหรับการวิจัยเพื่อการมีอายุยืนยาว

"ข้อมูลที่นำเสนอในที่นี้เผยให้เห็นกลไกระดับโมเลกุลที่มีส่วนทำให้เกิดความชราและทำหน้าที่เป็นเครื่องมือในการประเมินความเที่ยงตรงของเครื่องจักรระดับเซลล์ในช่วงอายุและโรค" ทีมงานกล่าว

เครดิตภาพ: David Bushnell, Ken Westover และ Roger Kornberg, Stanford University/NIH Image Gallery

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• การสร้างอนาคตโดย Adryenn Ashley เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://singularityhub.com/2023/04/18/this-longevity-study-across-5-species-found-a-new-pathway-to-reverse-aging/