Ученые обнаружили "таймер смертности" внутри наших клеток

Более мелкие ядрышки замедляют старение, действуя как “таймер смертности”, в то время как более крупные ядрышки приводят к гибели клетки, дестабилизируя рДНК.

Секрет клеточной молодости, возможно, кроется в поддержании небольшого размера ядрышка – плотной структуры внутри ядра клетки. К такому выводу пришли исследователи из Медицинского колледжа Вейл Корнелл, изучая дрожжи – модельный организм, известный своей ролью в хлебопечении и пивоварении, но удивительно похожий на человека на клеточном уровне.

Исследование может привести к созданию новых методов продления жизни. Оно также устанавливает существование “таймера смертности”, который показывает, сколько осталось жить клетке.

С возрастом у людей повышается риск развития таких заболеваний, как рак, сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания.

“Старение – главный фактор риска для этих болезней”, – говорит доктор Джессика Тайлер, профессор патологии и лабораторной медицины в Медицинском колледже Вейл Корнелл. “Вместо того, чтобы лечить каждую болезнь по отдельности, было бы лучше разработать терапевтический метод или добавку, которые отсрочат развитие заболеваний, предотвращая лежащие в их основе молекулярные дефекты”. Ключ к этому, возможно, лежит в ядрышке.

Маленькие, да удаленькие

Ядро клетки содержит хромосомы, а ядрышко – рибосомную ДНК (рДНК), кодирующую РНК-компоненты рибосом, “фабрик” по производству белка. рДНК – одна из самых хрупких частей генома из-за своей повторяющейся структуры, которая затрудняет ее восстановление в случае повреждения. Если повреждения рДНК не исправляются точно, это может привести к хромосомным перестройкам и гибели клеток.

У организмов от дрожжей до червей и людей ядрышки увеличиваются с возрастом. С другой стороны, такие стратегии борьбы со старением, как ограничение калорий, приводят к уменьшению ядрышек. “Ограничение калорий оказывает множество различных эффектов, и никто точно не знает, как именно оно продлевает жизнь”, – говорит доктор Тайлер.

Доктор Тайлер и постдокторант доктор Дж. Игнасио Гутьеррес, первый автор статьи, предположили, что поддержание небольшого размера ядрышек может замедлить старение. Чтобы проверить эту идею, они разработали искусственный способ прикрепления рДНК к мембране, окружающей ядро дрожжевых клеток, чтобы контролировать, когда она закреплена, а когда нет. “Преимущество нашей системы в том, что мы смогли изолировать размер ядрышка от всех остальных эффектов стратегий борьбы со старением”, – сказал доктор Гутьеррес.

таймер смертности — Исследователи из Корнелла обнаружили, что меньшие ядрышки в клетках могут замедлять старение и увеличивать продолжительность жизни — принцип, очевидный для дрожжей, но применимый и к людям, что открывает потенциальный путь для новых методов лечения долголетия.

Исследователи обнаружили, что закрепления ядрышка достаточно, чтобы сохранить его компактным, а небольшие ядрышки замедляют старение примерно в той же степени, что и ограничение калорий.

Последние мгновения

Интересно, что ядрышки не увеличивались с одинаковой скоростью на протяжении всей жизни клеток. Они оставались маленькими большую часть жизни дрожжей, но при достижении определенного порогового размера ядрышки начинали быстро расти. Клетки жили в среднем всего около пяти делений после достижения этого порога.

“Когда мы увидели, что увеличение размера нелинейно, мы поняли, что происходит что-то действительно важное”, – сказал доктор Гутьеррес. Превышение порога, похоже, служит таймером смертности, отсчитывающим последние мгновения жизни клетки.

С возрастом в ДНК накапливаются повреждения, некоторые из которых могут быть разрушительными для клетки. В ходе экспериментов команда обнаружила, что большие ядрышки имеют менее стабильную рДНК, чем маленькие. Кроме того, когда структура большая, белки и другие факторы, которые обычно исключены из ядрышка, больше не удерживаются снаружи. Ядрышко становится “протекающим”, пропуская молекулы, которые могут повредить хрупкую рДНК.

“Весь смысл конденсатов – разделить биологические реакции, чтобы помочь им работать эффективно. Но когда в ядрышко попадают другие белки, это приводит к нестабильности генома, которая запускает окончание жизни”, – сказала доктор Тайлер. Эти белки могут вызвать катастрофические проблемы, такие как хромосомные перестройки.

Далее исследователи планируют изучить влияние ядрышка на старение стволовых клеток человека. Стволовые клетки особенные, потому что они обладают потенциалом замещать другие типы клеток по мере их отмирания. Но в конце концов стволовые клетки перестают делиться, поэтому исследователи надеются использовать знания, полученные в ходе этого проекта, чтобы продлить их жизнь.

“Меня воодушевило то, что мы смогли связать структуру ядрышка с процессом восстановления таким образом, что это может быть справедливо от дрожжей до человека”, – сказал доктор Гутьеррес.

Работа опубликована в журнале Nature Aging.