Все живые существа подвержены старению, однако до настоящего времени не установлены истинные причины данного процесса.
Учеными Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), США, открыты биологические часы, встроенные в геном человека. Полученные данные могут прояснить механизмы старения человеческого организма и возможные пути замедления данного процесса. Кроме того, результаты исследования, опубликованные 21 октября 2013 г. в журнале «Genome Biology», могут внести ценный вклад в научные исследования по изучению патофизиологии злокачественных новообразований и стволовых клеток.
Если более ранние концепции биологических часов были связаны с особенностями слюны, гормонов и теломер, в новом исследовании впервые идентифицирован внутренний хронометр, способный точно определять возраст различных органов, тканей и типов клеток в организме человека. Неожиданной находкой стали данные о том, что некоторые анатомические структуры, например ткани молочной железы у женщин, стареют быстрее, чем остальные органы.
По мнению авторов, прежде чем бороться со старением, необходимо научиться точно измерять данный процесс. Выявление набора биологических маркеров, отсчитывающих время в каждой клетке организма, потребовало напряженной 4-летней работы. Идентификация «внутренних часов» организма предположительно должна была помочь ученым глубже осознать процессы, ускоряющие и замедляющие процессы старения.
В поисках таких «часов» ученые сосредоточили свое внимание на изучении процессов метилирования — естественного процесса химического изменения структуры ДНК. Авторы работы просмотрели 121 комплект данных, полученных ранее учеными в ходе изучения процессов метилирования в здоровых тканях и тканях, пораженных злокачественными новообразованиями.
В ходе тщательного анализа исследования 8000 образцов 51 типа тканей и клеток различных органов ученым удалось картировать влияние возраста на процессы ДНК-метилирования на протяжении периода от внутриутробного развития до 101-летнего возраста. В ходе идентификации физиологических часов отслеживали 353 маркера, которые изменяются с возрастом и представлены в различных органах и тканях организма.
Эффективность маркеров тестировали путем сравнения биологического и хронологического возрастов тканей. В работе сравнивали ткани самых разных органов — мозга, сердца, легких, печени, почек и хрящей.
У большинства образцов тканей биологический возраст совпадал с хронологическим, в то же время у отдельных тканей выявлено значительное расхождение хронологического и биологического возрастов, например учеными установлено, что ткань молочной железы стареет быстрее других органов.
Здоровая ткань молочной железы приблизительно на 2–3 года старше других органов женского организма. В случае развития рака молочной железы, здоровая ткань молочной железы, прилегающая к опухолевой ткани, на 12 лет старше всего организма.
Данные могут объяснить, почему рак молочной железы — наиболее распространенное злокачественное новообразование среди женщин. С учетом того, что, согласно калибровке выявленных биологических часов, возраст ткани опухоли на 36 лет больше возраста остальных здоровых тканей организма женщины, это может служить объяснением, почему возраст является основным фактором риска развития онкологической патологии.
Затем ученые обратились к изучению свойств полипотентных стволовых клеток — взрослых клеток, перепрограммированных в состояние эмбрионоподобных стволовых клеток с возможностью формировать любые типы клеток в организме человека и продолжать недифференцированное деление. В исследовании продемонстрировано, что все стволовые клетки — новорожденные по своему возрасту. Но что наиболее важно — процесс трансформации клеток человека в полипотентные клетки переустанавливает часы клеток на «0».
В целом открытие подтверждает, что биологические часы организма можно «перемотать» назад.
Остается открытым вопрос — способны ли выявленные «внутренние» часы контролировать процессы старения? Если да, то выявленный механизм станет важным биомаркером в ходе изучения эффективности терапевтических методик по противодействию старению и сохранению молодости организма.
Кроме того ученые установили, что биологические часы ускоряются и замедляются в зависимости от возраста человека. Биологическое время течет значительно быстрее в младенческом и переходном возрасте, затем несколько замедляется и стабилизируется в своем течении в возрасте 20 лет.
Совершенно неожиданным открытием стал факт, что возраст клеток детей, больных прогерией — генетическим заболеванием, способствующим преждевременному старению, — оказался нормальным и отражал их истинный хронологический возраст.
Авторами зарегистрирован предварительный патент на собственное открытие. Следующим шагом в исследовательской работе ученых станет изучение возможности замедления процессов старения.
Horvath S. (2013) DNA methylation age of human tissues and cell types. Genome Biology, 14(10): R115 [Epub ahead of print].
University of California, Los Angeles (UCLA), Health Sciences (2013) Scientist uncovers internal clock able to measure age of most human tissues; Women’s breast tissue ages faster than rest of body. ScienceDaily, October 21 (www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131020203006.htm).
Ольга Федорова
