Процесите на стареене и развитието на различни свързани с възрастта болести отдавна представляват интерес за учени от цял свят, тъй като чрез разбиране на техния курс можем не само да ги коригираме, но и да ги обърнем обратно. Доскоро обаче не беше ясно какво започва процесът на стареене..
В списанието Science публикува проучване, което доказва връзката на процеса на стареене с влошаването на плътно опакованите снопове клетъчна ДНК, което в бъдеще може да доведе до разработването на методи за превенция и лечение на свързани с възрастта заболявания като рак, диабет и болест на Алцхаймер..
По време на съвместните си изследвания учените от Института Salk и Китайската академия на науките откриха, че генетичните мутации, които са в основата на синдрома на Вернер, нарушение, което води до преждевременно стареене и смърт, са причинени от влошаване на ДНК лигаментите, известни като хетерохроматин.
Откритието, направено благодарение на комбинация от стволови клетки и технология за редактиране на ген, може да бъде основа за разработване на методи за противодействие на свързаните с възрастта промени чрез предотвратяване или възстановяване на увреждането на хетерохроматин..
"Нашите резултати показват, че мутациите в гена, които причиняват синдрома на Вернер, причиняват дезорганизиране на хетерохроматина и че това разрушаване на ДНК структурата е ключов фактор, който задейства процеса на стареене", казва Хуан Карлос Исписуа Белмонте, ръководител на изследването. "Това откритие не само позволява да се определи основната причина за стареене - унищожаване на хетерохроматин, но също така показва, че този процес е обратим."
Синдромът на Вернер е генетично заболяване, което кара хората да се лекуват по-бързо от обикновено. Това се случва веднъж на 200 000 души. Хората с това разстройство вече в ранните етапи на живота страдат от свързани с възрастта заболявания (катаракта, диабет тип 2, втвърдяване на артериите, остеопороза и рак), а продължителността на живота им се намалява до 40-50 години.
Заболяването се причинява от мутация на синдрома на Wernersky RecQ, или редуцирания WRN ген, който генерира WRN протеин. Предишни изследвания показват, че нормалната форма на протеин е ензим, който запазва структурата и целостта на човешката ДНК. Мутацията на този протеин уврежда репликацията и възстановяването на ДНК и генната експресия, за която се смята, че причинява преждевременно стареене. Въпреки това, остава загадка как точно мутиралият WRN протеин нарушава тези важни клетъчни процеси..
По време на своите проучвания учените от Института на Солк са се опитали да определят точно как мутираният протеин WRN причинява такъв мащабен клетъчен хаос. За да направят това, те създават клетъчен модел на синдрома на Вернер, използвайки технологии за редактиране на ген, за да премахнат WRN гена от човешки стволови клетки. Този модел на стволови клетки от болести е предоставил на учените безпрецедентна възможност да изследват бързо стареещите клетки в лабораторията. Получените клетки имитират генетична мутация, която се появява при пациенти със синдром на Werner, затова те започват да стареят по-бързо от обикновено. При по-внимателно разглеждане учените открили, че екстракцията на гена WRN също нарушава структурата на сегментите на хетерохроматин - хроматин, които са в кондензирано (компактно) състояние по време на клетъчния цикъл..
ДНК структурата действа като превключвател за контрол на генната активност и контролира сложните клетъчни механизми. От външната страна на хетерохроматиновите лъчи са химични маркери, известни като епигенетични окончания, които контролират структурата на хетерохроматина. Например, промените в тези химически превключватели могат да променят структурата на хетерохроматина, предизвиквайки експресия или потискане на гените..
Изследователите открили, че заличаването на WRN гена води до дезорганизация на хетерохроматина, което доказва важна роля за WRN протеина при поддържането на структурата на хетерохроматина. В хода на по-нататъшни експерименти бе установено, че протеинът взаимодейства директно с молекулярни структури, за които е известно, че стабилизират хетерохроматина, което е неоспоримо доказателство за директната връзка на мутиралия WRN протеин с дестабилизирането на хетерохроматина..
"Нашето проучване показа връзка между синдрома на Вернер и дезорганизацията на хетерохроматин, демонстрирайки молекулярния механизъм, поради който генетичната мутация води до общо разрушаване на клетъчните процеси, предотвратявайки епигенетичната регулация на генната експресия", казва г-н Белмонте. - С други думи, той предполага, че натрупаните промени в структурата на хетерохроматина могат да бъдат основната причина за стареене на клетките. Възниква въпросът дали е възможно тези промени да се обърнат, за да се предотврати или дори да се излекуват разстройствата, свързани с възрастовите промени..
За да се определи окончателно ролята на дезорганизацията на хетерохроматин в началото на процеса на стареене, ще бъдат необходими допълнителни изследвания. Те ще дадат възможност на учените да разберат как тази дезорганизация взаимодейства с други клетъчни процеси, свързани със стареенето, като намаляване на краищата на хромозомите, известни като теломери. Освен това екип от изследователи работи върху епигенетичната технология за редактиране, за да обърне епигенетичните промени, които играят важна роля в процеса на скитане и развитието на човешките заболявания..