Studie WASP odhaluje pauza životního prostředí zpomaluje stárnutí

Model Wasp Druh milovaný a dobře studovaný vědci má pod křídly další trik – schopnost pozastavit vývoj v reakci na životní prostředí, což vede k pomalejšímu stárnutí v dospělosti. Tato nová zjištění ukazují, že biologické stárnutí není pevná trajektorie a otevírá nové cesty pro výzkum stárnutí a epigenetické intervence.

V první studii, která přímo prokáže, že epigenetické hodiny hmyzu mohou být modulovány podmínkami prostředí v raném životě, nejen plynutí času, vědci z University of Leicester zjistili, že klenotní vosy (Nasonia vitripennis) má zdvořilou schopnost vzít „čas“ ve své fázi raného života jako larvy, známý jako diapause. Tito jedinci pak měli molekulární stárnutí, které bylo o 29% pomalejší než ostatní, kteří se tento přestávku nevzdali, a žili výrazně déle.

Vědci chtěli měřit, jak rychle se vosy biologicky stárly, a proto se podívali na methylaci DNA, která zahrnuje malé chemické značky (methylové skupiny) přidané na konkrétní místa na DNA. Tyto značky se mění předvídatelnými způsoby, jak organismus stárne. Pomocí sekvenování bisulfitu celého genomu vědci mohli „vidět“ všechny methylační značky napříč celým genomem až po jednotlivá písmena DNA. Z více než 700 000 míst (CPG míst) ukazující methylaci zúžili věci na oblasti, které se s věkem nejvíce změnily – a nakonec 27 webů CPG tvořilo epigenetické hodiny vosy.

Aby to bylo testováno, vědci použili environmentální narážku – vystavili matky chladu a tmě -, aby spustili diapauzu ve svém potomstvu, která byla udržována po dobu tří měsíců. Poté vyšli z nuceného hibernace a pokračovali v normálním vývoji a vstoupili do fáze svého životního cyklu pro dospělé.

Stalo se však něco pozoruhodného: tyto vosy žily o 36% déle (v průměru 30 dnů oproti 22 dnů) a ve věku téměř třetího pomalejšího na molekulární úrovni než hmyz, který podstoupil pauzu.

„Je to jako Wasps, kteří si udělali přestávku brzy v životě, se vrátil s dalším časem v bance,“ řekl starší autor Eamonn Mallon, profesor evoluční biologie na University of Leicester. „Ukazuje, že stárnutí není nastaveno do kamene, může ho zpomalit životní prostředí, a to ještě před začátkem dospělosti.“

Byly také epigeneticky starší brzy po diapauze (šest den), pravděpodobně kvůli změnám methylace po probuzení, ale do 30. dne to bylo v průměru 2,7 dnů biologicky mladší než kontrolní jedinci. Když převedete tento časový rámec na lidské roky, jedná se o významné zpomalení procesu stárnutí.

Epigenetické hodiny jsou biologické stopky, které měří, jak staré tělo (nebo jeho část) se zdá být na molekulární úrovni a měří změny v methylaci DNA. Můžete si myslet na DNA jako na náš plán a methylaci opotřebení, které začíná vystavovat, jak stárneme. Epigenetické hodiny to sledují, aby odhadli, jak je biologicky starý organismus, bez ohledu na jeho věk kalendáře.

Tato míra stárnutí se stala rozvíjejícím se oborem studia v gerontologii, protože hledáme způsoby, jak stárnout zdravější déle.

V vosech, které podstoupily jejich mladistvou hibernaci, jejich epigenetické hodiny zaškrtnuly klidnější po celý život a nabízely první přímý důkaz, že biologické stárnutí může být manipulováno v bezobratlých. Jistě, je to vosa-a samozřejmě, že tento druh diapauzy není přeložen na člověka-ale pochopení toho, co se děje s hmyzem na molekulární úrovni, aby posílila jejich DNA pro budoucí život, je vzrušujícím krokem vpřed ve výzkumu proti stárnutí.

Tento druh WASP může být některým lépe známý pro svou poněkud násilnou a krvavou reprodukci. Žena položí vejce uvnitř muškařů vrtáním vnějším skořápkou a vstříknutím jedu, aby ochromila hostitele. Poté vloží desítky vajec uvnitř a když se vylíhnou larvy vosy, živí se stále žijící mouchem zevnitř ven. Opatrně to jedí, aby se vyhnuli životně důležitým částem, aby to udržely naživu co nejdéle. Jakmile se mladé vosy plně vyvinuly, žvýkaly cestu ven.

Ale také se stali modelovým druhem pro studium ve vědě proti stárnutí, protože na rozdíl od mnoha jiných bezobratlých mají funkční systém DNA methylací-jako lidé. Díky tomu jsou spojeny s jejich krátkou životností z nich fantastický cíl gerontologie. Jsou také předmětem neurobiologického výzkumu, přičemž toto mezníkové mapování jejich mozku v roce 2019 umožňuje v této oblasti velké kroky.

„Pochopení toho, jak a proč dochází k stárnutí, je hlavní vědeckou výzvou,“ řekl Mallon. „Tato studie otevírá nové cesty pro výzkum, a to nejen do biologie vos, ale do širší otázky, zda bychom jednoho dne mohli návrhové zásahy zpomalit stárnutí při jeho molekulárních kořenech.“

Tato studie je první, kdo ukazuje dlouhodobé účinky druhu spícího stavu, které mohou některá zvířata vstoupit. A vědci byli schopni jasně vidět, že toto molekulární zpomalení mělo jasné biologické dráhy, které jej řídily. Někteří, stejně jako ty, které se týkají snímání inzulínu a živin, jsou cesty, které lidé mají také, a to také nyní studuje gerontologové.

Takže i když se to nemusí zdát pravděpodobné, tato malá parazitická vosa má s naší biologií mnohem více společného, než byste na první pohled očekávali. A tikání jeho epigenetických hodin je pro vědce obrovský zájem.

„Se svými genetickými nástroji, měřitelnými značkami a jasnou vazbou mezi vývojem a životností, Nasonia vitripennis je nyní rostoucí hvězdou ve stárnoucím výzkumu, „dodal Mallon.

Výzkum byl publikován v časopise Sborník Národní akademie věd (PNAS).

Zdroj: University of Leicester