Эндрю Вердеска изучает процесс старения с тех пор, как был студентом. Биология старения, как один из немногих универсальных человеческих процессов, всегда привлекала внимание Вердески, который сейчас является аспирантом в Высшей школе искусств и наук Йельского университета.
«Это то, чем мы тут все занимаемся, — говорит Вердеска, сотрудник лаборатории Йозиен ван Вольфсвинкель на кафедре молекулярной, клеточной и эмбриональной биологии Йельского университета. — И все же мы так мало об этом знаем».
Однако новые исследования Вердески, Йозиен ван Вольфсвинкель и других ученых предлагают новые взгляды на процесс старения, включая неожиданный поворот. Вопреки распространенному мнению, износ клеток — не единственная причина возрастных изменений, как выяснили исследователи. Оказывается, значительную роль может играть и нарушение внутренней системы позиционирования организма, которая управляет расположением клеток. Результаты исследований опубликованы в журнале Current Biology.
В ходе исследования ученые сосредоточились на планарии — небольшом плоском черве, известном своей долгой продолжительностью жизни и замечательной способностью к регенерации. При разрезании на части каждая часть плоского червя может вырасти в целого червя. Благодаря постоянному обновлению клеток планарии получили прозвище «почти бессмертные».
Но есть одна загвоздка: черви остаются плодовитыми лишь несколько коротких месяцев. «Это действительно странно, — говорит Вердеска, — потому что они живут годами, если не десятилетиями, и тот факт, что они способны размножаться в течение такого короткого периода времени, удивителен».
Чтобы разгадать причины такой короткой репродуктивной продолжительности жизни, исследователи отслеживали состояние червей с течением времени, используя микроскопию для изучения репродуктивных органов и их старения. Затем они разрезали червей пополам, чтобы изучить механизмы, лежащие в основе их уникальной способности к «регенерации».
«К нашему удивлению, если взять старых, бесплодных червей, которые не производили потомства по крайней мере месяц, разрезать их пополам и дать им восстановиться и созреть, они снова начинают откладывать потомство», — говорит Вердеска.
Дальнейшее изучение червей показало, что они становятся бесплодными не из-за износа репродуктивных клеток и органов. Скорее, проблема, по-видимому, заключается в организации их тел. Со временем репродуктивная система червей становилась все более дезорганизованной.
Хотя в каждом отделившемся черве развивались новые, функционирующие репродуктивные органы, со временем их расположение менялось. Например, яичники смещались не на те места. Ключевые типы клеток терялись, а важные связи между репродуктивными тканями нарушались. Система, по сути, распадалась.
Планарии — гермафродиты, то есть у каждой особи есть и мужская, и женская репродуктивные системы. Вот как это устроено:
Яичники: обычно это пара органов, расположенных в передней части тела (ближе к «голове»).
Семенники: многочисленные мелкие органы, распределенные по всему телу.
Интересно, что планарии могут размножаться как половым путем (откладывая коконы с яйцами), так и бесполым (просто разделяясь надвое и регенерируя недостающие части).
Лаборатория ван Вольфсвинкель как раз опубликовала исследование о том, почему половозрелые планарии со временем могут терять фертильность. Оказалось, что их яичники и семенники никуда не исчезают, но клетки «забывают» свои функции из-за сбоев в генетических инструкциях.
Для Вердески это открытие перекликается с более ранними исследованиями роли «генов полярности» — набора генов, обнаруженных у многих организмов, включая человека, которые определяют, какие органы тела должны формироваться в каких местах, фактически создавая своего рода «карту позиционной идентичности» для частей тела. Известно, что гены полярности играют решающую роль в эмбриональном развитии, но они недостаточно изучены в контексте старения.
Итак, ученые внимательно изучили стареющих червей и обнаружили, что в их телах начало нарушаться позиционирование органов, что приводило к их неправильному формированию — особенно яичников, — нарушению их функций и, в конечном итоге, к бесплодию.
Затем исследователи пошли еще дальше, изменив гены полярности и излучаемые ими сигналы позиционирования. «Искусственно изменяя уровни генов полярности, мы смогли замедлить или ускорить скорость репродуктивного старения плоских червей. Эти результаты поразительны, потому что они подчеркивают ранее недостаточно изученный механизм, который может играть решающую роль в развитии возрастных патологий — смещение позиционной идентичности», — говорит Вердеска.
Это открытие предполагает, что последствия старения не являются простым результатом повреждения клеток. Даже при постоянном обновлении клеток, наблюдаемом у плоских червей, ткани все равно могут разрушаться, если нарушается их организация. Восстановление этой организации может дать ценные сведения о методах борьбы с возрастными изменениями.
Что может означать старение планарий для человека? В дальнейшем Йозиен ван Вольфсвинкель, доцент кафедры молекулярной клеточной и эмбриональной биологии и член факультета искусств и наук Йельского университета, планирует продолжить исследования.
«Мы знаем, что планарии могут использовать регенерацию для восстановления своей пространственной информации, — говорит она, — но дальнейшее исследование причин дрейфа положения может выявить стратегии, которые другие организмы, такие как люди, также могли бы использовать для поддержания молодого состояния».
Источник: Yale University. Автор: Карен Гусман.
