Генетический код представленный в ДНК, транслируется внутри клетки в РНК, превращаясь в набор инструкций. Эту молекулу-транскрипт клетка использует для создания своих частей и выполнения различных функций. Транскриптом — это совокупность всех транскриптов, синтезируемых одной клеткой или группой клеток, включая мРНК и некодирующие РНК.
Содержимое транскрипта меняется с возрастом, выяснили ученые из Северо-Западного университета США. У здорового молодого животного или человека активность коротких и длинных генов в транскриптоме сбалансирована, и этот баланс тщательно контролируется и поддерживается. По мере того, как животное или человек становится старше, короткие гены начинают доминировать в этом управляющем коде. Как и сам процесс старения, переход к более мелким транскриптомам начинается рано и происходит постепенно, затрагивая тысячи отдельных генов. Что говорит о том, что старение — это комплексный, системный процесс, проявляющийся сразу и везде, буквально во всех клетках организма.
Исследователи обнаружили эту закономерность не только у людей, но и у нескольких изученных животных во многих тканях — крови, мышцах, костях и органах, включая печень, сердце, кишечник, мозг и легкие.
Ученые уверены, что открыли ключевой фактор механизма старения.
«Представьте себе официанта, несущего большой поднос. На этом подносе все должно быть сбалансировано. В ином случае официанту придется приложить дополнительные усилия, чтобы бороться с дисбалансом. Если баланс в активности коротких и длинных генов смещается, в организме происходит то же самое. Старение — это дисбаланс, уход от равновесия. Небольшие изменения в генах не кажутся чем-то значительным, но они требуют больше усилий от человека», — говорит старший автор исследования Луис Амарал.
В ходе исследования были использованы большие наборы данных, в том числе из банка тканей Genotype-Tissue Expression Project. Ученые проанализировали образцы тканей мышей в возрасте 4 месяцев, 9 месяцев, 12 месяцев, 18 месяцев и 24 месяца. Оказалось, что средняя длина генов в транскриптоме смещается в возрасте от 4 до 9 месяцев, что довольно рано для начала старения. Были также проанализированы образцы крыс в возрасте от 6 до 24 месяцев и рыб в возрасте от 5 до 39 недель. Ученые заключили, что в молодом возрасте клетки способны противостоять изменениям, которые могут привести к дисбалансу активности генов. Затем ученые переключились на людей. Были изучены изменения в генах человека в возрасте от 30 до 49 лет, от 50 до 69 лет, а также в возрасте 70 лет и старше. Изменение активности генов было хорошо заметно уже к среднему возрасту.
У всех животных исследователи заметили изменения в тысячах различных генов в разных образцах. Это означает, что старение характеризуется изменениями на системном уровне.
Такая точка зрения отличается от преобладающих биологических подходов, изучающих эффекты отдельных генов. С начала XX века многие исследователи хотели приписать сложные биологические явления отдельным генам. И хотя некоторые заболевания, такие как гемофилия, действительно являются результатом мутаций отдельных генов, узкий подход к изучению отдельных генов не объяснил множество изменений, происходящих при нейродегенеративных заболеваниях и старении.
Новое открытие также может объяснить, почему организму с возрастом требуется больше времени, чтобы победить болезнь. Даже при такой простой травме, как порез краем листа бумаги, коже пожилого человека требуется больше времени для восстановления. Кроме непосредственно пореза, организму приходится иметь дело с дисбалансом активности генов, объясняют ученые. Из-за дисбаланса у клеток меньше резервов для заживления травмы.
Исследователи считают, что полученные ими результаты могут открыть новые возможности для разработки терапевтических средств, способных замедлить старение. По словам ученых, современные методы нацелены на симптомы старения, а не на сам процесс. Это все равно, что пытаться сбить температуру вместо того, чтобы лечить болезнь, которая вызвала лихорадку. Правда, их открытие не объясняет, как можно воздействовать на сохранение баланса длинных и коротких генов в транскриптоме.
