Гены, регулирующие продолжительность жизни у нематоды C. elegans

npj Aging and Mechanisms of Disease (2016) 2, 16010;

doi:10.1038/npjamd.2016.10

Lifespan-regulating genes in C. elegans

Masaharu Uno, Eisuke Nishida1

Старение является неизбежным процессом почти для всех организмов, и ранее он рассматривался как пассивный энтропийный процесс ухудшения состояния тканей, вызванный повреждением макромолекул клетки, таких как геномная ДНК, белки и липиды. В середине девятнадцатого века Дарвин предположил, что все дикие виды возникают и развиваются посредством естественного отбора небольших унаследованных вариаций, которые повышают способность особи выживать и размножаться, чтобы обеспечить благополучие вида. Поскольку старение является процессом, который происходит после размножения, биологи предположили, что регуляция старения не была критическим фактором для эволюции жизни. Однако гибридные мыши, полученные от долгоживущих и короткоживущих животных, наследуют долголетие, что позволяет предположить, что продолжительность жизни – генетически регулируемый признак. С момента выделения первой долгоживущей почвенной нематоды Caenorhabditis elegans (C. elegans) в ряде отчетов были описаны различные гены и сигнальные пути, которые регулируют продолжительность жизни у модельных организмов, таких как дрожжи, черви, мухи и мыши.

С тех пор как доктор Бреннер впервые представил модель C. elegans в 1960-х годах, эту почвенную нематоду стали широко использовать в качестве организма-модели во многих областях исследований, включая старение. C. elegans — самооплодотворяющийся гермафродит, который живет несколько недель при культивировании при температуре 20°C, и впервые был использован в качестве модели для изучения старения в 1970-х годах. В 1983 году Класс сообщил о методе выделения мутантов-долгожителей у C. elegans, который был использован для выделения восьми долгоживущих особей, у которых увеличенная продолжительность жизни, скорее всего, была связана с уменьшением потребления калорий. Джонсон и его коллеги идентифицировали долгоживущего мутанта, названного age-1. Последующие исследования привели к идентификации сигнального пути инсулина/инсулиноподобного фактора роста-1 (IIS) как первого установленного сигнального пути, регулирующего продолжительность жизни. С тех пор было показано, что ряд генетических факторов играют важную роль в регуляции процесса старения, и эти генетические факторы могут связывать факторы окружающей среды со скоростью старения. В этой статье мы суммируем биологические факторы, связанные с регуляцией продолжительности жизни, включая пути передачи сигналов, эпигенетические факторы, сенсорное восприятие и другие физиологические процессы.

Выводы и будущие задачи

Хотя генетические факторы играют важную роль в регуляции продолжительности жизни организмов, влияние окружающей среды также играет в этом значимую роль. В 1980-х и 1990-х годах после новаторских исследований, которые впервые идентифицировали гены, регулирующие продолжительность жизни, было показано, что еще большее количество генов регулируют продолжительность жизни организмов. Таким образом, одной из следующих основных задач является определение того, как эти гены связывают факторы окружающей среды с регуляцией продолжительности жизни. Как упоминалось ранее, связь между генами и диетой является наиболее важным экологическим сигналом, регулирующим продолжительность жизни, и она была изучена у многих организмов. Температура окружающей среды и окислительный статус являются дополнительными экологическими сигналами, которые влияют на продолжительность жизни. Недавно были начаты исследования, изучающие связь между генами и этими конкретными экологическими сигналами.

Одной из целей исследований старения является не только увеличение продолжительности жизни, но и улучшение состояния здоровья. Черви проявляют определенные возрастные характеристики, сходные с теми, которые наблюдаются у людей. Таким образом, черви также служат полезной моделью для изучения продолжительности жизни. Исследования, проведенные на червях, включают те, в ходе которых изучалось снижение подвижности и глоточного насоса, динамика флуоресцентных соединений (включая липофусцин и конечные продукты гликозилирования) и нервно-мышечные изменения. Кроме того, идентификация малых молекул, которые замедляют старение и увеличивают продолжительность жизни у многих видов, является еще одной важной задачей и целью, связанной с исследованиями старения. C. elegans обладает множеством преимуществ, которые делают ее полезной моделью для идентификации и оценки химических соединений, продлевающих продолжительность жизни.

Старение вызывает снижение целостности и функции тканей во всем организме. Если старение влияет на каждую ткань независимо, то механизм, лежащий в основе старения организма, может быть выяснен путем анализа процесса старения, связанного с каждым типом клеток. Если определенные ткани играют роль в координации процесса старения различных тканей, исследователи могут сосредоточиться на системных факторах, используемых этими тканями для связи с другими тканями. Существует несколько линий доказательств наличия центра контроля старения. Таким образом, локализация и механизм, связанные с регуляцией старения организма генами, отвечающими за продолжительность жизни, являются дополнительными вопросами, которые заслуживают дальнейшего изучения. Эти исследования будут способствовать разработке терапевтических стратегий, нацеленных на центр контроля старения, чтобы способствовать увеличению продолжительности жизни людей.