Двустворчатые моллюски могут хранить секрет долгой жизни
На протяжении веков люди искали «источник молодости» в поисках долгой жизни. Совсем недавно в научном сообществе возобновился интерес благодаря технологиям секвенирования генома, которые способствуют более глубокому изучению генетических механизмов, лежащих в основе старения и увеличения продолжительности жизни.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Genome Biology and Evolution, под названием «Признаки чрезвычайного долголетия: взгляд на молекулярную эволюцию двустворчатых моллюсков», исследователи из Университета Болоньи обратили свое внимание на маловероятную группу существ — двустворчатых моллюсков, группу, в которую входят моллюски, мидии, устрицы и морские гребешки. Эти морские и пресноводные животные демонстрируют поразительный диапазон продолжительности жизни: от одного года до более 500 лет, что делает их идеальными объектами для исследования тайн долголетия.
Результаты нового исследования выявили сеть генов, которые по-разному развиваются у долгоживущих и короткоживущих двустворчатых моллюсков, многие из которых связаны с долголетием у других животных. Представленный здесь анализ предполагает наличие общей молекулярной структуры, обеспечивающей длительное долголетие среди различных линий животных.
Предыдущие исследования старения, долголетия и старения в основном были сосредоточены на людях и нескольких модельных животных. Согласно этим исследованиям, старение во многом обусловлено накоплением клеточных повреждений с течением времени. На геномном уровне это повреждение связано с увеличением мутаций нуклеиновых кислот (т.е. ошибками репликации), изменениями ядерной архитектуры и укорочением теломер. На протеомном уровне эти процессы приводят к потере протеаз и накоплению ошибок, влияющих на сворачивание белков.
К сожалению, исследования старения в значительной степени упускают из виду другие долгоживущие организмы — упущение, которое соавторы Мариангела Яннелло, Джоббе Форни и их коллеги пытались исправить. «Меня всегда поражало, что некоторые виды двустворчатых моллюсков живут чрезвычайно долго», — говорит Яннелло. «Когда я понял, что никто никогда не исследовал это исключительное долголетие в рамках молекулярной эволюции, я понял, что нам нужно начать изучать долголетие у этих животных».
Исследователи использовали транскриптомные ресурсы 33 видов двустворчатых моллюсков, чтобы изучить потенциальные механизмы, лежащие в основе исключительно долгой продолжительности жизни четырех двустворчатых моллюсков: Arctica Islandica, Margaritifera margaritifera, Elliptio complanata и Lampsilis siliquoidea. Среди них океанский куахог A. Islandica является рекордсменом по продолжительности жизни неколониальных видов животных — 507 лет, в то время как у остальных максимальная продолжительность жизни составляет 150–190 лет.
Используя этот набор данных, ученые искали гены, которые развивались по-разному — с точки зрения скорости эволюции, аминокислотных замен и признаков положительного отбора — у долгоживущих двустворчатых моллюсков по сравнению с короткоживущими. Гены, связанные с реакцией на повреждение ДНК, регуляцией гибели клеток и путями апоптоза, клеточными реакциями на абиотические стимулы и толерантностью к гипоксии, показали конвергентные закономерности эволюции у долгоживущих видов.
Интересно, что белки, демонстрирующие конвергентную эволюцию у долгоживущих двустворчатых моллюсков, демонстрируют больше физических и функциональных взаимодействий друг с другом, чем ожидалось, что позволяет предположить, что они биологически связаны.
Для многих белков в этой сети взаимодействия экспериментальные исследования уже продемонстрировали роль в долголетии и старении у других животных. «Что я нахожу самым интересным, — говорит Яннелло, — так это то, что многие гены в этой сети ранее были связаны с долголетием у других видов. Важным следствием этого открытия является то, что увеличение продолжительности жизни может включать общие генетические факторы у очень отдаленных видов». родственные виды».
В дополнение к этим общим факторам долголетия исследование выявило в сети белки, роль которых в долголетии еще не подтверждена. Например, были идентифицированы три гена, участвующие в протеостазе (т.е. сворачивание, шаперонирование и поддержание функции белка), что позволяет предположить, что более эффективное обращение с поврежденными или неправильно свернутыми белками может быть связано с более продолжительной жизнью двустворчатых моллюсков. Яннелло отмечает: «Мы считаем, что эти гены — новые и интересные кандидаты, которые предстоит проверить на роль в увеличении продолжительности жизни не только у двустворчатых моллюсков, но и у других видов».
Авторы исследования планируют и дальше развивать эти результаты посредством дополнительных сравнительных исследований. По словам Яннелло, «Результаты, полученные в этой работе, заставили нас с волнением исследовать долголетие у большего количества видов. В частности, мы хотели бы выяснить, являются ли эволюционные сигналы в генах, потенциально играющих роль в долголетии, каким-то образом общими для долгоживущих видов от различных таксономических групп».
Однако такие расследования могут быть непростыми. «Такой сложный и многофакторный процесс, как продолжительность жизни, определенно сложно анализировать, поскольку он требует глубокого манипулирования большими данными и множества взаимодополняющих интегративных подходов», — говорит Яннелло. «С другой стороны, растущая доступность данных омики позволит нам исследовать виды, которые никогда раньше не рассматривались в этом контексте, и это во многом поможет продвинуть исследования старения».
Хотя механизмы, лежащие в основе увеличения продолжительности жизни, еще далеки от полного понимания, долгоживущие немодельные организмы могут предоставить уникальную и ценную информацию о старении и долголетии. Например, в другом недавнем исследовании, также опубликованном в журнале Genome Biology and Evolution, исследователи из Университетского колледжа Дублина проанализировали гены, связанные с долголетием человека, у 37 плацентарных млекопитающих, включая долгоживущие виды, такие как голый землекоп и большая ушастая летучая мышь.
Исследование выявило корреляцию между большей продолжительностью жизни и дупликацией генов долголетия. Хотя некоторые могут скептически относиться к передаче знаний между очень отдаленными видами, например, между двустворчатыми моллюсками и людьми, Яннелло отмечает: «Наука имеет долгую историю исследований, сосредоточенных на самых разных таксонах, которые глубоко повлияли на наше понимание биологии человека. Я думаю, что что, особенно в области старения, нам есть чему поучиться у окружающей нас природы».