Kajian dalam model C. elegans menunjukkan bahawa keseimbangan mRNA dalam sel mempengaruhi jangka hayat

Mengapa sesetengah orang hidup lebih lama daripada yang lain? Gen dalam DNA kita adalah penting dalam membantu kita mengelakkan penyakit dan mengekalkan kesihatan keseluruhan, tetapi perbezaan dalam jujukan genom menjelaskan kurang daripada 30% variasi semula jadi dalam jangka hayat manusia.

Menyiasat kesan penuaan pada peringkat molekul boleh memberi penerangan tentang variasi dalam jangka hayat, tetapi pengumpulan data pada kelajuan, skala dan kualiti yang diperlukan untuk mengkaji ini pada manusia adalah mustahil. Jadi penyelidik beralih kepada cacing (Caenorhabditis elegans). Manusia mempunyai banyak persamaan biologi dengan makhluk kecil ini, yang juga mempunyai variasi semula jadi yang besar dalam jangka hayat.

Penyelidik di Pusat Peraturan Genomik (CRG) memantau beribu-ribu cacing yang serupa secara genetik dalam persekitaran terkawal. Walaupun diet, suhu dan pendedahan kepada pemangsa dan patogen adalah sama untuk semua cacing, kebanyakan mereka terus hidup lebih lama atau lebih pendek daripada purata.

Kajian itu mengesan punca perubahan ini kepada perubahan dalam tahap mRNA dalam sel germanium (sel yang terlibat dalam pembiakan) dan sel somatik (sel yang membentuk badan). Keseimbangan mRNA antara kedua-dua jenis sel ini menjadi terganggu, atau "tidak berganding," dari masa ke masa, menyebabkan sesetengah individu menjadi lebih cepat tua daripada yang lain. Penemuan itu diterbitkan dalam jurnal Cell.

Kajian itu juga mendapati bahawa tahap dan kelajuan proses penyahgandingan dikawal oleh sekumpulan sekurang-kurangnya 40 gen berbeza. Gen ini memainkan banyak peranan yang berbeza dalam badan, daripada metabolisme kepada sistem neuroendokrin. Tetapi kajian itu adalah yang pertama menunjukkan bahawa mereka semua berinteraksi menyebabkan sesetengah individu hidup lebih lama daripada yang lain.

Mematikan beberapa gen meningkatkan jangka hayat cacing, manakala mematikan yang lain memendekkannya. Keputusan ini mencadangkan kemungkinan yang mengejutkan: perbezaan semula jadi dalam penuaan dalam cacing mungkin mencerminkan kerawanan dalam aktiviti banyak gen yang berbeza, menjadikannya kelihatan bahawa individu telah tertakluk kepada mempunyai banyak gen yang berbeza dimatikan.

"Sama ada cacing hidup hingga 8 atau 20 hari bergantung kepada perbezaan yang kelihatan rawak dalam aktiviti gen ini. Sesetengah cacing nampaknya hanya bernasib baik kerana mereka mempunyai set gen yang betul diaktifkan pada masa yang sesuai, " kata Dr Matthias Eder, pengarang pertama kertas dan penyelidik di Pusat Peraturan Genomik.

Menghapuskan tiga gen—aexr-1, nlp-28, dan mak-1—mempunyai kesan yang sangat dramatik pada variasi jangka hayat, mengurangkan julat daripada kira-kira 8 hari kepada hanya 4. Daripada memanjangkan hayat semua individu secara seragam, mengalih keluar mana-mana satu daripada gen ini dengan ketara meningkatkan jangka hayat cacing berumur pendek, manakala jangka hayat cacing yang paling lama kekal tidak bertahan lama.

Para penyelidik memerhatikan kesan yang sama pada jangka masa kesihatan, tempoh kehidupan yang dihabiskan dalam kesihatan dan bukan hanya kehidupan fizikal. Memusnahkan hanya satu daripada gen sudah cukup untuk meningkatkan penuaan sihat pada cacing dengan jangka masa kesihatan yang rendah secara tidak seimbang.

"Ini bukan tentang membuat cacing abadi, ia tentang menjadikan proses penuaan lebih adil daripada sekarang. Kami pada asasnya melakukan apa yang doktor lakukan - mengambil cacing yang akan mati lebih awal daripada rakan sebaya mereka dan menjadikannya lebih sihat, membantu mereka hidup lebih dekat dengan potensi jangka hayat maksimum mereka. Tetapi kami melakukan itu dengan menyasarkan asas biologi yang mendasari individu dan bukan sahaja mekanisme biologi yang merawat penduduk yang lebih seragam dan lebih seragam. berumur lebih lama," kata Dr Nick Stroustrup, pengarang kanan kajian dan ketua pasukan di Pusat Peraturan Genomik.

Kajian itu tidak membincangkan mengapa melumpuhkan gen nampaknya tidak memberi kesan negatif kepada kesihatan cacing.

"Beberapa gen mungkin berinteraksi untuk memberikan redundansi terbina dalam selepas usia tertentu. Mungkin juga gen tidak diperlukan oleh individu yang hidup dalam persekitaran yang selamat dan selesa, seperti makmal. Dalam keadaan liar yang keras, gen ini mungkin lebih kritikal untuk terus hidup. Ini hanyalah sebahagian daripada teori yang berfungsi, "kata Dr Eder.

Para penyelidik membuat penemuan mereka dengan membangunkan kaedah yang mengukur molekul RNA dalam sel dan tisu yang berbeza, menggabungkannya dengan "Mesin Jangka Hayat," peranti yang menjejaki seluruh kehidupan beribu-ribu nematod sekaligus. Cacing hidup dalam piring petri di dalam mesin, di bawah mata pengimbas.

Peranti merakam nematod sekali sejam, mengumpul banyak data tentang tingkah laku mereka. Para penyelidik merancang untuk mencipta mesin serupa untuk mengkaji punca molekul penuaan pada tikus, yang biologinya lebih menyerupai manusia.