Čínští vědci odhalili tajemství neuvěřitelné dlouhověkosti myší v jejich DNA

Výzkum odhaluje tajemství neobvyklé schopnosti hlodavců žít desetkrát déle, než se očekávalo, bez rakoviny a věkem podmíněných degenerativních onemocnění. Použitím této metody na mouchy získali „supermouchy“.

V přírodě existuje železný zákon: čím větší je druh, tím déle žijí jeho zástupci. Proto velryby žijí déle než sloni a sloni déle než lvi. Jen velmi málo zvířat se tímto zákonem neřídí. Lidé ho obešli díky kultuře. Existuje však jedno malé zvíře, které se mu vysmívá. Vzhledem ke své velikosti by myš bezsrstá (Heterocephalus glaber) neměla žít déle než dva roky, ale obvykle se dožívá čtyřiceti let. Navíc stárne zdravě, aniž by trpěla věkovými chorobami, jako je rakovina, neurodegenerativní onemocnění nebo osteoartritida. Nyní studie publikovaná v časopise Science poukazuje na čtyři mutace, které činí její mechanismus opravy DNA dokonalým.

Skupina čínských vědců pomocí pokročilých metod genové terapie zkoumala stárnutí na buněčné úrovni u myší, aby se pokusila vysvětlit jejich extrémní dlouhověkost. Hlodavci, kteří žijí v koloniích o dvou až třech desítkách jedinců, přitisknutých k sobě v oblastech kolem Afrického rohu, fascinují vědu již desítky let. Tentokrát se vědci zaměřili na jeho mechanismus opravy DNA . Jedním z nejzávažnějších poškození, které může utrpět, je takzvaná dvouřetězcová zlomenina (dvojitá spirála). V těchto případech dochází ke ztrátě genetického materiálu v obou řetězcích. To je přirozený výsledek cyklu replikace a dělení buněk. K opravě tohoto poškození buňky využívají homologickou rekombinaci, při které identické nebo velmi podobné molekuly DNA přebírají genetické fragmenty. V tomto procesu má rozhodující význam aktivace enzymu zvaného cGAS.

„cGAS u hrabošů funguje opačně než u lidí a myší a reguluje homologickou rekombinační opravu,“ píše v e-mailu Yu Chen, výzkumník z Šanghajské univerzity Tongji (Čína) a první autor studie. „U myší rostou buňky pomaleji. Proto mohou poškození DNA v těchto buňkách přetrvávat déle bez opravy, což nakonec vede k sterilnímu zánětu a začátku stárnutí,“ poznamenává Chen. U hrabošů je patrné výrazné rozdělení práce, které bylo dříve pozorováno pouze u společenských hmyzích druhů, jako jsou mravenci nebo včely. Na fotografii je jeden z těchto hlodavců v zoo.

Enzymy u těchto hlodavců však zůstávají aktivní déle, což jim umožňuje zapojit více prvků, které podobně jako mechanici v dílně mohou prodloužit stabilitu genomu v jádru každé buňky. Vědci zjistili, že tyto enzymy se liší od svých analogů u lidí nebo laboratorních myší čtyřmi mutacemi ve čtyřech aminokyselinách . Zjistili, že tyto mutace přispívaly k „přilákání faktorů opravy DNA k poškozeným oblastem a ke zvýšení účinnosti opravy; v dlouhodobém horizontu to přispívá ke zpomalení stárnutí buněk a tkání a ke zvýšení délky života“, vysvětluje Chen.

Aby potvrdili roli těchto čtyř mutací, geneticky modifikovali ovocné mušky (Drosophila melanogaster), nejvíce studované laboratorní hmyzy, o kterých je známo téměř vše. Některé mušky byly konstruovány tak, aby exprimovaly lidský enzym cGAS, zatímco jiné měly stejný enzym, ale se čtyřmi mutacemi zjištěnými u myší. Vytvořili prakticky supermouchy: ty, které měly materiál hlodavců, měly zlepšený trávicí systém, vykazovaly větší obratnost i ve vysokém věku a také větší odolnost vůči infekcím, zatímco samice si zachovaly schopnost klást vajíčka i s přibývajícím věkem. Navíc, zatímco mouchy s lidským genetickým materiálem žily stejně jako nemodifikované mouchy (asi 70 dní), ty, které měly genetický materiál myší, žily o několik týdnů déle.

Podobný experiment provedli s laboratorními myšími, které byly modifikovány tak, aby exprimovaly enzymy z běžných myší nebo se změnami ve čtyřech aminokyselinách, které identifikovali. Po dvou měsících si všimli, že myši s cGAS z bezsrsté myši vykazovaly méně známek stárnutí obecně a buněčného stárnutí konkrétně. Při hledání dalších hlodavců s těmito enzymy s opačným mechanismem fungování vědci zjistili, že pouze u dvou dalších druhů lze pozorovat podobné změny aminokyselin v buněčných mechanismech: u šedé veverky a slepice. „Délka života šedé veverky a slepice je více než 20 let,“ uzavírá Chen.

V komentáři, rovněž zveřejněném v časopise Science , vědci z Rochester University (USA), kteří se zabývají stárnutím, poukazují na objev diferencované role enzymů cGAS díky pouhým čtyřem změnám, které „nakonec vedou k vyšší rychlosti opravy DNA“. Jednou z autorek tohoto článku je Vera Gorbunova, která se dlouhá léta zabývala studiem myší jako modelu pro výzkum příčin stárnutí. V e-mailu píše: „Poučení, které jsme si z toho vzali, je, že modifikací cGAS nebo jeho následných drah můžeme zlepšit stabilitu genomu, snížit zánětlivost a přispět k dlouhověkosti a zdraví.“

Manel Esteller je dalším předním odborníkem v oblasti studia stárnutí, který pracuje v Institutu pro výzkum leukémie Josepa Carrerase. Myši jsou také zajímavé svou výjimečnou odolností vůči rakovině. „Tato jedinečná konečná forma genu cGAS mu umožňuje rychle opravovat chyby a zlomy v genetickém materiálu, což zpomaluje stárnutí buněk a prodlužuje jejich životnost,“ poznamenává Esteller. Katalánský vědec poznamenává, že kromě faktoru objeveného Chenovou skupinou musí existovat i další faktory, které přispívají k „neuvěřitelné dlouhověkosti“ myší v extrémních životních podmínkách. Tento objev je však významný, protože ukazuje, jak evoluce formuje naše geny a dává nám výhodu v přežití v závislosti na prostředí.

Savci v mraveništích

Další nedávno publikovaná studie odhaluje všechna tajemství sociální struktury krteků, kteří žijí v koloniích velmi podobných mravenčím. Prostředí, ve kterém žijí tito hlodavci, také nazývaní nahatí krtekové, je stejně zvláštní jako jejich molekulární biologie. Bylo známo, že v jejich koloniích se rozmnožuje pouze jedna samice, která se páří se dvěma nebo třemi samci. Ostatní jsou neplodní. O jejich sociální struktuře a organizaci však nebylo známo mnoho. Život v těsných podzemních dutinách ztěžoval studium společnosti krtků. A pak se objevila technologie RFID. Tokijská univerzita (Japonsko) má jednu z největších sbírek krtků chovaných v zajetí, více než sto jedinců rozdělených do pěti kolonií. Co udělali, je podrobně popsáno v Science Advances, a to, že připevnili malý RFID tag (podobný těm, které mají mnoho produktů, aby spustili alarm). Tímto způsobem je mohli kdykoli identifikovat.

Dosud se mělo za to, že mezi neplodnými jedinci neexistuje rozdělení úkolů, s výjimkou toho, že ti největší a nejstarší jsou zodpovědní za ochranu kolonie před predátory a konkurenčními skupinami. Ale není to tak jednoduché. Bylo zjištěno, že zatímco některé myši se zřejmě specializují na úklid komory, kde močí a vyprazdňují se, jiné jsou zodpovědné za odpadky, zatímco skupina se zabývá dopravou. Podle autorů studie tento druh savců vykazuje rozdělení úkolů známé jako dočasný polyetismus, při kterém členové společenství plní různé úkoly v závislosti na svém věku. Včely, mravenci a termiti jsou druhy, které fungují tímto způsobem. A nyní je známo, že to dělají i polní hraboši.