Что подсказали мушки

Старение — многофакторный процесс постепенного нарушения и потери важных функций организма, вследствие чего он становится менее приспособленным к условиям окружающей среды, теряет свою устойчивость к болезням и травмам. Темп и характер старения у всех разные, поскольку каждый человек генетически индивидуален, но в то же время многое зависит от условий и образа жизни.

Среди трехсот с лишним выдвинутых учеными теорий, объясняющих этот процесс, больше всего доказательств у теории накопления повреждений. Разные виды животных стареют с разной скоростью, и специфические регуляторные пути (такие как сигнальный путь инсулина и инсулиноподобного фактора роста) могут регулировать продолжительность жизни индивидуумов в пределах вида путем перепрограммирования метаболизма клеток в ответ на изменения окружающей среды.

Ученые из Пущино совместно с коллегами из Испании, Великобритании, Финляндии и Украины проводили поиск новых факторов, которые регулируют продолжительность жизни мушек Drosophila melanogaster. Результаты их исследований опубликованы в июньском номере журнала Journals of Gerontology: Biological Sciences.

В работе было проведено сравнение мРНК-транскриптомов (совокупность всех матричных РНК клетки) и метаболомов (совокупность всех клеточных метаболитов) двух линий дрозофил дикого типа, широко используемых в исследованиях старения: короткоживущие мушки Dahomey и долгоживущие Oregon-R.

— В ходе экспериментов мы обнаружили у мушек Dahomey черты, присущие короткоживущим индивидуумам и видам, — рассказала автор статьи, научный сотрудник лаборатории радиационной молекулярной биологии кандидат биологических наук Нина Губина. — Например, активацию метаболизма жиров и патологическое изменение катаболизма углеводов, повышение уровня полиненасыщенных жирных кислот в мембранах, липоксидативный стресс, снижение экспрессии митохондриальных генов и активацию регуляторной системы TOR (Target of Rapamycine), усиливающей клеточный метаболизм. Более того, у мушек Dahomey оказалась более активной сигнализация октопамина — биогенного амина, родственного  норадреналину, который регулирует у насекомых сразу несколько процессов: агрессию у самцов, процесс откладывания яиц у самок, а также поиск пищи, ее поедание и усвоение, стрессовый ответ на голодание у обоих полов. Мы обнаружили, что наблюдаемые нами изменения в метаболизме мушек Dahomey укладываются в регуляторную схему, подчиненную октопамину. Предполагается, что мушки Dahomey, изначально обитавшие в пустынных областях Западной Африки, с ограниченным доступом к пище, генетически приспособлены к более суровым условиям и более активной добыче пропитания, чем Oregon-R, как раз за счет наследуемого уровня повышенной сигнализации октопамина. Как показывают наши эксперименты, мушки Dahomey живут в условиях голодания дольше, чем Oregon-R. Более того, у мушек Dahomey есть еще одна генетическая особенность, которая побуждает их активно питаться: специфический вариант гена фуражировки (foraging). У этого гена есть два варианта: “домосед” (sitter) и “скиталец” (rover). Вариант “скиталец”, обнаруженный у Dahomey, заставляет мушек больше двигаться в присутствии пищи и усиливает усвоение сахаров. В лабораторных условиях доступ к пище не ограничен, и благодаря сочетанному действию октопаминовой сигнализации и гена “скитальца” мушки Dahomey потребляют больше питательных веществ, чем это нужно для их нормального функционирования. Это увеличивает образование повреждений в их клетках и ускоряет процесс старения. 

Таким образом, ученые выявили новый сигнальный путь, ассоциированный с процессом старения, и подчеркнули необходимость системного подхода и ограниченность выводов, полученных при исследовании только одного или немногих физиологических параметров. Как выяснилось, различие в продолжительности жизни между мушками Dahomey и Oregon-R определяется не значительным изменением одного метаболического пути, а совокупностью небольших изменений в нескольких метаболических путях. Тем не менее эти метаболические пути находятся под контролем единого регулятора —  октопамина — и манипулирование этим сигнальным путем может стать эффективным методом для одновременного изменения сразу нескольких метаболических процессов и скорости старения.