Загадки голого землекопа: победа над раком и увеличение продолжительности жизни

Ученые давно задаются вопросом, почему процесс старения клеток сопровождается потерей ими способности к самовосстановлению. В новом исследовании, проведенном в Университете Рочестера, найдены две интригующие подсказки, которые, возможно, позволят ответить на этот вопрос. Работа биологов Андрея Селуанова и Веры Горбуновой опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences. Главным источником открытий оказался голый землекоп — африканский грызун, обладающий рядом уникальных особенностей.

Странный грызун служит источником научных сенсаций уже несколько лет: ему посвящены диссертации и международные исследования. Его зубы способны разгрызть бетон, он один из немногих грызунов, лишенных шерсти, к тому же землекоп — едва ли не единственной эусоциальное млекопитающее, известное человеку, — он выживает при минимальном количестве кислорода и не боится ожогов кислотой. Однако наших соотечественников в Рочестере заинтересовали совсем другие таланты грызуна.

Во-первых, ученым не известна ни одна особь голого землекопа, больная раком. Делом в том, что в любом организме здоровые клетки подчиняются определенной программе и не мешают друг другу, — эта вежливость называется «контактным торможением»: как только две клетки оказываются слишком близко друг к другу, в них повышается концентрация определенного белка, который останавливает дальнейший рост. Но раковые клетки этот белок игнорирует, продолжая экспансию. Как выяснили Селуанов и Горбунова, у голого землекопа контактное торможение устроено сложнее: там задействованы дополнительные белки, если один тормоз не сработал, включается другой.

Есть у землекопа и еще одна потенциально интересная особенность. На фотографии, опубликованной Корнелльским университетом, двадцатидвухлетняя студентка Дара Нойман нежно смотрит на голого землекопа, лежащего у нее на ладони. Уникальность ситуации в том, что животное на несколько лет старше девушки.

Считается, что продолжительность жизни млекопитающего пропорциональна его массе. Голый землекоп весит около 30 граммов. Мышь с таким весом живет максимум три года, и то если ее кормить вкусной и здоровой пищей. А подземный грызун способен достигать тридцатилетнего возраста. Это как если бы человек доживал до 500–800 лет. При этом с возрастом у голого землекопа не меняются ни состояние тканей, ни сердечно-сосудистая система. Фактически он умирает молодым.

Разрывы и репарация цепочек ДНК в человеческих клетках – обычные события, но, когда клетки стареют, эффективность систем репарации ДНК падает, и срывы в этом процессе ведут к снижению функциональности тканей и увеличению частоты возникновения злокачественных опухолей. Ученые из Рочестера поставили своей целью определить, почему это происходит, и установить, можно ли замедлить или, возможно, даже обратить вспять этот процесс.

Доктор Селуанов и его коллеги установили, что снижение способности клеток к репарации ДНК при старении коррелирует с глобальным снижением уровней белков, участвующих в этом процессе. Группа Селуанова попыталась обратить вспять возрастное снижение эффективности репарации ДНК путем восстановления первоначальных уровней белков и установила, что этот «подвиг» под силу только одному из них – SIRT6.

В предыдущих исследованиях Селуанова и Горбуновой было установлено, что SIRT6 играет важную роль в устранении самого опасного типа повреждения ДНК – двухцепочечных разрывов. Разрывы в двухцепочечной молекуле ДНК могут происходить как в одной, так и в обеих цепочках. При разрыве одной цепочки неповрежденная цепочка является матрицей для репарации разорванной и «руководит» этим процессом. В этом случае молекула ДНК, как правило, восстанавливается до исходного состояния.

Разрыв обеих цепочек более опасен. Их репарация – гораздо более сложный процесс, ошибки в котором могут привести к перестройке генетического материала клетки.

Эволюционно в клетках создано два основных пути устранения двухцепочечных разрывов: высокоточный процесс гомологичной рекомбинации (homologous recombination, HR) и быстрый, но чреватый большим количеством ошибок, процесс негомологичного соединения концов (non-homologous end joining, NHEJ). Последнее исследование доктора Селуанова указывает на то, что старение особенно отрицательно сказывается на гомологичной рекомбинации: эффективность этого процесса в старых клетках может стать ниже до 38 раз. Как предполагает доктор Горбунова, старые клетки вынуждены чрезмерно полагаться на менее точный процесс негомологичного соединения концов, который в процессе старения становится еще менее эффективным. Вероятно, это и способствует потере функциональности тканей и увеличению частоты развития характерных для старения опухолевых заболеваний.

В ближайших планах доктора Силуанова и его коллег – изучение факторов, регулирующих SIRT6. Разработкой препаратов, активирующихся SIRT6, занимаются несколько научных групп, и Силуанов надеется, что его исследование позволит создать средства, способные увеличить продолжительность жизни человека и лечить рак.

По материалам BBC, Русский репортер и PNAS.