Как замедлить процесс старения? Этот вопрос встал в повестку дня после того, как медицина научилась справляться с ранней смертностью в результате эпидемий инфекционных болезней, сепсиса при физических травмах и операциях и существенно продлевать жизнь тем, кто страдает хроническими заболеваниями.
Тема продления молодости изучается сразу же в нескольких направлениях, и с некоторых пор ученых заинтересовал гипоталамус как контрольный центр мозга, регулирующий процесс старения.
В Школе медицины Вашингтонского университета в лаборатории молекулярного биолога Шин-Инхиро Имаи при помощи генной инженерии экспериментаторы смогли модифицировать мышей так, чтобы усилить ключевой сигнал коммуникации мозга грызунов с их телом, и при этом определенная группа нейронов в гипоталамусе оставалась активной в течение более длительного времени.
Что же произошло с мышами?
Мышиные хвосты и процесс старения
Прежде всего экспериментаторов удивили хвосты генетически модифицированных грызунов. Обычно с возрастом они становятся жесткими и скручиваются, но у мышек с активным гипоталамусом они оставались прямыми и гибкими.
Еще один сюрприз заключался в том, что эти животные были значительно выносливее и проводили гораздо больше времени, чем их обычные собратья, в специальном колесе для бега (таком же, как в беличьих клетках). И, наконец, они прожили на 58 дней дольше, что для мышей довольно много – это 7% их нормальной продолжительности жизни.
Имаи и его коллеги установили еще кое-что удивительное. Нейроны гипоталамуса через симпатическую нервную систему посылали сигналы клеткам в жировых скоплениях мыши. Получая этот сигнал, клетки начинали сжигать липиды (вид жира) и посылать химические сигналы разным тканям животного, что существенно замедлило возрастную дегенерации.
Интересно, что такой сигнал они посылали и самому гипоталамусу, то есть инициатор процесса и жировые клетки взаимодействовали не в одностороннем порядке – приказ и его исполнение – а вели полноценный диалог, взаимно обмениваясь сигналами.
Как говорит Имаи, в норме сигнал гипоталамуса у мышей с возрастом ослабляется, жировые запасы не получают стимулирующего сигнала, животные накапливают все больше жира, не хотят двигаться, а кроме того, ослабевает коммуникация с другими тканями и организм стареет.
Ученым удалось разорвать эту цепочку – и вот результат: мыши стали здоровее, бодрее и прожили существенно дольше.
Мышцы и кости ведут беседу
То, что разные ткани организма общаются между собой при помощи гормонов, известно давно. Поджелудочная железа, щитовидная железа, надпочечники, половые органы – все они вырабатывают и посылают химические сигналы (гормоны), которые «требуют» выполнения определенных функций от клеток тех или иных тканей. Но в последние два-три десятилетия ученые обнаружили, что система сигналов, при помощи которых органы и ткани общаются друг с другом, выходит далеко за рамки гормональных цепочек и контуров.
Большая часть органов и тканей, как пишет в журнале Science микробиолог Митч Лезли, буквально бомбардируют друг друга самыми разнообразными молекулярными посланиями. Только жир посылает более 100 их видов, а мышцы – более 600!
Даже кости, которые считались до недавнего времени сильной и молчаливой опорой тела, на самом деле посылают сигналы мышцам, мозгу и другим органам. Такие диалоги между органами оказывают сильное влияние на наше здоровье.
Лезли цитирует молекулярного биолога из Киля (Германия) Стефана Роуз-Джона, который рассказывает о такого рода эффектах. Когда у человека диагностируется воспалительный процесс в поджелудочной железе, «риск того, что воспаление перейдет на легкие составляет 50%», говорит Роуз-Джон. Поджелудочная выпускает молекулы в кровяное русло, а они сообщают воспаление легким. Когда это происходит, панкреатит примерно в половине случаев приобретает фатальный характер.
Сейчас многие ученые занимаются составлением нового анатомического атласа, который бы систематизировал то, что в настоящий момент кажется какофонией сигналов.
Группа исследователей из научного центра Scripps под руководством Ильи Дружинина разработала довольно сложный метод отслеживания сигнальных молекул и опробовала его на старых добрых помощниках биолога – дрозофилах. Они обнаружили, что 51 вид белковых молекул путешествовал от мышц насекомого к его голове и 296 отправлялись от жировой ткани – главного хранилища энергии – к ногам.
Как говорит Дружинин, не каждая из этих молекул несет сигнал, некоторые просто оказываются в токе крови без определенного сообщения и нужна большая и упорная работа, чтобы в этом разобраться.
Как это сделать?
Как говорит еще один молекулярный биолог Хонджи Ли, работающий над проблемой в Медицинском колледже Бэйлора (США), если мы обнаруживаем, например, что мышцы мухи производят определенный белок, а ее жировая ткань имеет соответствующий рецептор, это значит, что от мышц к жиру поступает какой-то сигнал.
Сигналы затухают – клетки стареют
Еще один любимый лабораторный объект исследователей – это червяк нематода. На его примере они изучают то, как меняются энергетические органеллы клетки – митохондрии. С течением времени они страдают от негативного воздействия свободных радикалов и других побочных продуктов обмена веществ. Белки в митохондриях сворачиваются неправильным образом, что мешает эффективной работе этих органелл как поставщиков энергии.
Эти белки, однако, обладают способностью при накоплении запускать цепочку изменений, приводящих к восстановлению правильной формы, а открытие ученых заключается в том, что они рассылают сигнал-предостережение клеткам даже отдаленных тканей, и митохондрии в них активизируют защитную функцию.
Такая защитная функция продлевает жизнь. Ученые обнаружили это, когда сделали попытку стимулировать развертывание в неправильно свернутых белках в определенных нервных клетках червяка-нематоды. Попытка оказалась удачной, и более того – процесс развертывания развернулся (невольный, но значимый каламбур) не только в нервных клетках червяков, но и в их кишечниках!
И еще один очень интересный результат: червяки прожили на 20% времени дольше, чем нормальный срок жизни этого маленького животного. Подсчитайте, сколько будет 20% от, скажем, 85 лет, и вы поймете, как это много.
Как мы собираемся это использовать?
Если каналы коммуникации между органами, обнаруженные у животных, имеют ту же силу у людей, это может привести к новым подходам в лечении некоторых заболеваний и, возможно, к замедлению процесса старения. Например, нейродегенеративные заболевания можно будет лечить через воздействие на другие ткани, взаимодействующие с мозгом.
Это стало бы огромным достижением, потому что лекарственные препараты, имеющие потенциал для лечения болезней мозга, не всегда могут пересечь гематоэнцефалический барьер и попасть по назначению. Было бы отлично, если бы врач мог воздействовать на более доступный орган, который бы затем посылал сигналы мозгу.
Из тысяч сигнальных молекул, перемещающихся по нашему организму, некоторые выглядят особенно многообещающими.
Вот, например, остеокальцин, белок костной ткани, который можно обнаружить в крови человека. Ученые первоначально предполагали, что эта молекула нужна для укрепления скелета, а ее утрата ослабляет костную ткань. Чтобы проверить эту гипотезу, генетик и физиолог Колумбийского университета Герард Карсенти создал генетически модифицированных мышей без остеокальцина, однако их скелеты ничем не отличались от обычных.
Продолжая исследование, ученый обнаружил, что остеокальцин является веществом-мессенджером, участвующим в ряде метаболических процессов. Например, он сигнализирует поджелудочной железе высвободить больше инсулина, а мышцам – абсорбировать глюкозу во время физической активности.
В 2013 году Карсенти обнаружил нечто, поразившее других ученых. Оказалось, что мыши, не производившие остеокальцин, проваливали стандартные тесты на память, что указывало на роль остеокальцина как необходимой сигнальной молекулы в познавательной деятельности.
Карсенти и его команда предполагают, что с учетом многих и разнообразных функций остеокальцина он может оказаться агентом замедления процесса старения.
Но если мышей можно генетически модифицировать, то с людьми такое не получится. Ученые, однако, сумели синтезировать вещество, которое поднимает у мышей уровень остеокальцина. Если оно окажется безопасным и полезным, возможно, его протестируют у людей.
По большей части та информация, которая доступна ученым сегодня, пришла от мух, червяков и мышей, и первостепенная задача теперь – расшифровать все те цепочки сигналов, которые их органы и ткани используют для общения друг с другом. Однако ученые надеются, что, изучая эти цепочки, смогут проникнуть в тайны сохранения молодости и применить полученные данные для человека.
Источник:
