Мутации в животном мире проливают новый свет на старение

Первое исследование, в котором сравнивалось накопление мутаций у многих видов животных, пролило новый свет на многолетние вопросы о роли этих генетических изменений в старении и раке. Исследователи из Института Wellcome Sanger обнаружили, что, несмотря на огромные различия в продолжительности жизни и размерах, разные виды животных заканчивают свою естественную жизнь с одинаковым количеством генетических изменений. В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature, были проанализированы геномы 16 видов млекопитающих, от мышей до жирафов. Авторы подтвердили, что чем дольше продолжительность жизни вида, тем медленнее происходят мутации, что подтверждает давнюю теорию о том, что соматические мутации играют роль в старении.

Генетические изменения, известные как соматические мутации, происходят во всех клетках на протяжении всей жизни организма. Это естественный процесс, при котором клетки человека приобретают от 20 до 50 мутаций в год. Большинство этих мутаций будут безвредны, но некоторые из них могут поставить клетку на путь развития рака или нарушить нормальное функционирование клетки. С 1950-х годов некоторые ученые предполагали, что эти мутации могут играть роль в старении. Но сложность наблюдения за соматическими мутациями затрудняет изучение этой возможности. В последние несколько лет технологический прогресс наконец-то позволил наблюдать генетические изменения в нормальных тканях, что дает надежду на ответ на этот вопрос.

Еще один давний вопрос — парадокс Пето. Поскольку рак развивается из отдельных клеток, виды с более крупными телами (и, следовательно, с большим количеством клеток) теоретически должны иметь гораздо более высокий риск развития рака. Тем не менее заболеваемость раком у животных не зависит от размера тела. Считается, что виды животных с крупными телами развили более совершенные механизмы для предотвращения рака. Остается непроверенным, является ли один из таких механизмов уменьшением накопления генетических изменений в их тканях. В этом исследовании исследователи из Wellcome Sanger Institute решили проверить эти теории, используя новые методы измерения соматических мутаций у 16 ??видов млекопитающих, охватывающих широкий диапазон продолжительности жизни и массы тела. Сюда входили такие виды, как человек, мышь, лев, жираф, тигр и долгоживущий голый землекоп с высокой устойчивостью к раку, образцы которого были предоставлены рядом организаций, включая Лондонское зоологическое общество.

Полногеномные последовательности были созданы из 208 кишечных крипт, взятых у 48 человек, для измерения скорости мутаций в отдельных стволовых клетках кишечника. Анализ моделей мутаций (или мутационных сигнатур) предоставил информацию о действующих процессах. Исследователи обнаружили, что соматические мутации накапливаются линейно с течением времени и что они вызываются сходными механизмами у всех видов, включая людей, несмотря на их очень разные диеты и истории жизни. Доказательства возможной роли соматических мутаций в старении были предоставлены исследователями, обнаружив, что скорость соматических мутаций снижается по мере увеличения продолжительности жизни каждого вида.

Доктор Алекс Кейган, первый автор исследования из Института Велкома Сэнгера, сказал: «Обнаружение похожей модели генетических изменений у животных, таких непохожих друг на друга, как мышь и тигр, было неожиданным. Но самый захватывающий аспект исследование должно показать, что продолжительность жизни обратно пропорциональна частоте соматических мутаций. Это предполагает, что соматические мутации могут играть роль в старении, хотя возможны и альтернативные объяснения. В течение следующих нескольких лет будет интересно расширить эти исследования. в еще более разнообразные виды, такие как насекомые или растения».

Однако поиск ответа на парадокс Пето продолжается. После учета продолжительности жизни авторы не обнаружили существенной связи между частотой соматических мутаций и массой тела, что указывает на то, что другие факторы должны влиять на способность более крупных животных снижать риск развития рака по сравнению с их размером.

Доктор Адриан Баез-Ортега, первый автор исследования из Института Wellcome Sanger, сказал: «Тот факт, что различия в частоте соматических мутаций, по-видимому, объясняются различиями в продолжительности жизни, а не размерами тела, предполагает, что, хотя корректировка мутации кажется элегантным способом контроля заболеваемости раком среди видов, но эволюция на самом деле не пошла по этому пути. придумать другое решение этой проблемы. Нам нужно будет изучить эти виды более подробно, чтобы выяснить это».

Несмотря на огромные различия в продолжительности жизни и массе тела между 16 исследованными видами, количество соматических мутаций, приобретаемых в течение жизни каждого животного, было относительно одинаковым. В среднем жираф в 40 000 раз больше мыши, а человек живет в 30 раз дольше, но разница в количестве соматических мутаций на клетку в конце жизни между тремя видами различается примерно в три раза.

Доктор Саймон Спиро, ветеринарный патологоанатом ZSL (Лондонского зоологического общества), сказал: «Животные часто живут в зоопарках намного дольше, чем в дикой природе, поэтому время наших ветеринаров часто уходит на лечение заболеваний, связанных со старостью». генетические изменения, выявленные в этом исследовании, позволяют предположить, что старческие болезни будут одинаковыми для широкого круга млекопитающих, независимо от того, начинается ли старость в семь месяцев или в 70 лет, и помогут нам сохранить этих животных счастливыми и здоровыми в более поздние годы».

Понимание точных причин старения остается нерешенным вопросом и областью активных исследований. Старение, вероятно, будет вызвано накоплением различных типов повреждений наших клеток и тканей на протяжении всей жизни, включая, среди прочего, соматические мутации, агрегацию белков и эпигенетические изменения. Сравнение скорости этих процессов у видов с очень разной продолжительностью жизни может пролить свет на их роль в старении.

Доктор Иниго Мартинкорена, старший автор исследования из Института Wellcome Sanger, сказал: «Старение — это сложный процесс, являющийся результатом множества форм молекулярных повреждений в наших клетках и тканях. Предполагается, что соматические мутации способствуют старению с тех пор, как 1950-х, но изучение их оставалось трудным. Благодаря недавним достижениям в технологиях секвенирования ДНК мы, наконец, можем исследовать роль, которую соматические мутации играют в старении и множественных заболеваниях. Этот разнообразный диапазон млекопитающих заканчивает свою жизнь с одинаковым количеством мутаций. в их клетках является захватывающим и интригующим открытием».

Источник