Ученые обнаружили новый молекулярный механизм старения клеток. Как оказалось, процесс «чтения» генетической информации и преобразование ее в молекулу РНК для синтеза белка с возрастом происходит быстрее, однако из-за этого страдает качество получившейся матричной РНК. Из-за повреждения РНК может нарушаться структура белков, но предотвратить это можно с помощью простой диеты. Статья опубликована в журнале Nature.
Шесть научных групп из Объединения передовых исследований (CECAD) в Кельне провели масштабные исследования реакции клеток на стресс при разных заболеваниях, наиболее свойственных пожилому возрасту. Старение — зависящий от времени процесс, который затрагивает постоянство внутренней среды организма, в том числе клеточное, генетическое, метаболическое. Тот факт, что старение происходит в рамках определенной для каждого вида продолжительности жизни, позволяет предположить, что в его основе лежат не только повреждения, но и генетически запрограммированные факторы.
Жизнь любого живого организма основывается на однонаправленном процессе, называемом центральной догмой молекулярной биологии, которая гласит, что в каждой его клетке преобразование генетической информации в белки происходит в два этапа: сначала, подобно переписыванию рецепта из кулинарной книги, на базе ДНК образуется промежуточная молекула матричной РНК (мРНК) — этот процесс называется транскрипцией, — а затем происходит «приготовление» молекулы белка из аминокислот в порядке, записанном в мРНК, как в рецепте. Этот этап носит название трансляции. От того, как точно сработают все ферменты для такого преобразования, зависит качество получившегося белка и, соответственно, качество жизнедеятельности клеток. Весь этот процесс превращения генетической информации в белки с возрастом изменяется, и это известно давно, однако было неясно, сохраняется ли точность переписывания генетической информации и какое влияние это оказывает на организм. Первая часть данного преобразования — транскрипция — представляет собой четырехстадийное действие. Оно начинается распознаванием участка ДНК, с которого нужно считать информацию о строении белка. На втором этапе с этим участком связывается специальный комплекс — маленький «завод», — называемый РНК-полимеразой, и начинает собирать молекулу РНК, переписывая генетическую информацию с ДНК на язык РНК. Третья стадия представляет собой удлинение цепочки РНК за счет прикрепления строительных блоков, нуклеотидов. Последний этап — завершение синтеза мРНК, при этом количество этих молекул служит показателем активности клетки.
Ученые в течение нескольких лет исследовали возрастные изменения у пяти видов живых организмов: нематод, дрозофил, мышей, крыс и людей, — у каждого из которых анализировали уровень транскрипции генов в различных тканях. Команда из Института биологии старения имени Макса Планка, а также Университета Геттингена обнаружила, что с возрастом скорость «наращивания» новой молекулы РНК увеличивается у всех пяти видов. Это обусловлено повышением темпа работы РНК-полимеразы, которая отвечает за присоединение строительных блоков во время удлинения цепочки РНК. Однако анализ последовательности мРНК показал, что при ускорении процесс происходит более небрежно. РНК-полимераза чаще ставит неправильный «кирпичик» — нуклеотид — в молекулу РНК. Кроме того, увеличивается частота ошибок в сплайсинге — дальнейшем рабочем этапе по изменению первичных молекул РНК в готовые мРНК.
Точность всего процесса транскрипции можно контролировать и даже обращать вспять. Давно известно, что диета, а также регулирование уровня инсулина способствуют увеличению продолжительности жизни. Они снижают скорость РНК-полимеразы, следовательно, частоту ошибок. «Простая низкокалорийная диета оказывает положительное влияние на процесс здорового старения, улучшая качество транскрипции генов, — это то, что мы смогли достаточно четко доказать в нашем исследовании», — рассказывает об исследовании ведущий автор, Андреас Бейер, руководитель научной группы.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
