новости биологии развития

Увеличение продолжительности жизни – одно из наиболее распространенных стремлений как каждого отдельного человека, так и государств. Поэтому вопросы, почему одни живут долго, а другие нет, и как продлить срок жизни, хоть и являются одними из наиболее древних, но не теряют своей актуальности и по сей день. К настоящему моменту уже неплохо изучены факторы, вызывающие сокращение продолжительности жизни, а также механизмы старения, и даже найдены способы снижать их негативное воздействие. Однако генетические основы долголетия остаются неясными.

Одной из основных проблем при изучении генетики долголетия является выбор объекта. В большинстве случаев используются модельные объекты, продолжительность жизни которых исчисляется неделями, месяцами или несколькими годами. Несмотря на то, что в целом архитектура генома позвоночных довольно консервативна, эволюционные стратегии и генетика долголетия видов с коротким жизненным циклом отличаются от человеческой. В связи с этим, становится актуальным поиск модельных групп, чья продолжительность жизни сопоставима с нашей, но в тоже время сильно изменчива. Но их, к сожалению, очень мало.

Одним из таких таксонов являются морские окуни, р. Sebastes, относящиеся к семейству скорпеновых (Scorpaenidae), насчитывающие порядка ста видов, населяющих северную часть Тихого и Атлантического океанов. Размеры окуней сильно варьируют, большинство видов ведут придонный образ жизни и являются активными хищниками, некоторые из них используются как объекты промысла и любительской рыбалки. Но самым замечательным признаком этой группы является разнообразие продолжительности жизни: от 12 до 205 лет. Как показывают исследования, наиболее долгоживущий вид – алеутский морской окунь, S. aleutianus, успешно противостоит большинству факторов старения, оксидативным повреждениям (oxidative damage), коллапсу регуляции протеома (proteostasis collapse), возрастным изменениям длины теломер, эпигенетическому дрейфу (epigenetic drift) и т.д. Согласно молекулярным часам, морские окуни – довольно молодая группа, сформировавшаяся в последние восемь миллионов лет. Это значительно снижает вероятность влияния на результаты межвидового сравнения генетического шума и увеличивает шансы обнаружить генетическую основу увеличения продолжительности их жизни. В пользу использования данной группы говорит и тот факт, что размеры окуней и особенности их экологии, не являются определяющими факторами для продолжительности их жизни (Рис. 1).

Совсем недавно генетикой долголетия морских окуней заинтересовалась интернациональная группа ученых, возглавляемая Мэттью Харрисом (Matthew P. Harris). В результате сравнения различных участков генома (protein-coding exons, conserved non-protein coding elements (CNEs), ultraconservative non-coding elements (UCNEs)) и miRNA hairpins) у 23 видов морских окуней с различающейся продолжительностью жизни (от 22 до 108 лет), удалось установить, что долголетие – базальный признак данного таксона. Предок морских окуней, подобно библейскому Мафусаилу, жил очень долго. Однако в ходе эволюции, в некоторых линиях морских окуней, по всей видимости свернувших с праведного пути, неоднократно и независимо происходило сокращение продолжительности жизни (Рис. 2). У всех короткоцикловых видов обнаружились изменения в областях генома, ответственных за функционирование двух метаболических путей. В первом случае, основные изменения коснулись инсулинового рецептора, и как следствие, затронули активность ответственного за биосинтез гликогена инсулинового каскада (insulin-signaling pathway), который и ранее был известен как один из ключевых факторов долголетия позвоночных животных. Во втором случае – мишенью отбора стал один из генов флавоноидного метаболизма (flavonoid metabolism), чей продукт оказывает непосредственное воздействие на активность AhR (aryl-hydrocarbon receptor), играющего в свою очередь, значимую роль в регуляции синтеза полиненасыщенных жирных кислот и липоевой кислоты.

Примечательно, что обнаруженные генетические основы долголетия морских окуней могут быть экстраполированы на человека (Рис. 3). Генетические комплексы, изменяющиеся в ходе конвергентных эволюционных преобразований продолжительности жизни морских окуней, как выясняется, и у человека вовлечены в процессы старения: возрастные снижением активности синтеза полиненасыщенных жирных кислот и липоевой кислоты, старение кожи, общее снижением уровня обмена веществ, развитие болезней сердца, возникновение болезни Альцгеймера, протекание воспалительных процессов и т.д. Обнаруженная высокая степень совпадения генетической архитектуры продолжительности жизни человека и окуней позволяет рассматривать последних как один из наиболее перспективных объектов изучения генетики долголетия, а полученные результаты, как хороший задел к решению актуальных проблем увеличения продолжительности жизни человека.

Рис. 1. Сравнительная продолжительность жизни морских окуней. Диаграмма показывает, отсутствие связи продолжительности жизни морских окуней как с их линейными размерами, так и с образом жизни.

Рис. 2. Гены (A) и их комплексы (B), изменившиеся в ходе конвергентной эволюции продолжительности жизни морских окуней. С – анализ изменчивости гена pla2g10, демонстрирующий независимое накопление мутаций в короткоцикловых линиях окуней (черные) и сохранение предкового состояния в линиях, характеризующихся большой продолжительностью жизни (красные).

Рис. 3. Гены долголетия морских окуней, их взаимодействие, и обнаруженные параллели, с генетикой продолжительности жизни человека.