DNA dan penuaan pramatang 09.05.2015

Semua orang berumur berbeza, ada yang lebih cepat, ada yang lebih perlahan, tetapi, jika diambil secara keseluruhan, tanda-tanda usia tua muncul pada setiap orang pada usia yang hampir sama. Dengan satu pengecualian: sekiranya seseorang itu sakit dengan progeria, dia mula berumur sangat awal. Penyakit ini mempunyai dua varian, kanak-kanak dan orang dewasa, kanak-kanak dipanggil sindrom Hutchinson-Gilford, dewasa - sindrom Werner.

Kanak-kanak dengan progeria mengalami penyakit ciri-ciri usia tua: kulit menipis dan berkedut, kebotakan, penyakit kardiovaskular, gangguan metabolisme lipid, aterosklerosis, masalah sendi, dan lain-lain. Mereka mempunyai kelembapan mendadak dalam pertumbuhan dan mengembangkan penampilan ciri: kepala besar, muka runcing kecil, rahang bawah kurang berkembang. Secara purata, pesakit dengan bentuk progeria zaman kanak-kanak hidup tidak lebih dari 12-13 tahun.

Orang dengan progeria dewasa hidup lebih lama, tetapi mereka juga mengalami perubahan berkaitan usia lebih awal daripada biasa - pada usia 20-an, rambut mula beruban dan gugur, pada usia 30 tahun, katarak, osteoporosis dan penyakit lain, seperti diabetes, berkembang, dan biasanya seseorang yang menghidap sindrom Werner tidak hidup melepasi umur 60 tahun. Adalah diketahui bahawa, sekurang-kurangnya dalam bentuk yang teruk, banyak perubahan molekul yang sama berlaku dalam sel seperti semasa penuaan biasa, jadi jika kita mencari cara untuk melambatkan progeria, ia mungkin memberi kita alat melawan penuaan secara umum.

Rahsia penyakit ini dapat difahami dengan memerhatikan sel stem yang diperoleh daripada orang yang sakit. Beberapa ketika dahulu, penyelidik dari Institut Penyelidikan Biologi Salk dapat mengubah sel kulit kanak-kanak dengan sindrom Hutchinson-Gilford menjadi analog sel stem embrionik, yang dipanggil sel stem pluripotent teraruh. Selanjutnya, adalah mungkin untuk bereksperimen dengan mereka, mengetahui apa yang salah dalam proses batang pada pesakit dengan progeria. Tetapi apabila mereka cuba melakukan perkara yang sama dengan sel-sel pesakit dengan sindrom Werner, tiada apa yang berlaku - sel-sel mereka terlalu rosak oleh penyakit itu untuk menahan kembali ke batang, keadaan yang tidak dibezakan. Kemudian Juan Carlos Izpisua Belmonte (Juan Carlos Izpisua Belmonte), bersama-sama rakan sekerja dari Akademi Sains China dan Universiti Peking, mengambil jalan yang berbeza - mereka memodelkan progeria dalam sel yang pada mulanya sihat.

Adalah diketahui bahawa sindrom Werner disertai oleh mutasi dalam gen WRN, yang terlibat dalam proses penyalinan dan pembaikan DNA. Oleh itu, untuk mencipta model penyakit itu, para penyelidik hanya memecahkan gen ini dalam sel stem daripada embrio manusia. Sel-sel embrio dalam proses pembangunan bertukar menjadi jenis yang lebih khusus, yang pada masa akan datang boleh menimbulkan satu atau tisu lain - contohnya, ke dalam sel stem mesenchymal, "nenek moyang" tisu adiposa, rawan dan tulang. Dalam artikel dalam Sains, penulis menulis bahawa apabila sel stem dengan gen WRN yang tidak berfungsi bertukar menjadi mesenchymal, mereka serta-merta mula menua secara mendadak: banyak kerosakan terkumpul dalam DNA mereka, mereka berhenti membahagikan, dan, akhirnya, mereka telomer sangat dipendekkan. Ini adalah nama hujung kromosom, yang, apabila menyalin DNA, melindungi gen daripada kerosakan yang berkaitan dengan keanehan kerja mesin penyalin protein. Telomer memendekkan dengan setiap pembahagian sel, dan oleh itu ia dianggap seperti jam molekul yang mengukur jangka hayat.

Walau bagaimanapun, sel dengan sindrom Werner mempunyai ciri lain yang kebanyakannya menarik perhatian pengarang karya. Diketahui bahawa DNA dalam nukleus sel adalah kompleks dengan protein. Sesetengah daripada mereka melakukan beberapa jenis kerja berterusan pada gen tertentu (contohnya, mereka mensintesis RNA), manakala yang lain memainkan peranan struktur, mengekalkan serpihan kromosom yang agak besar dalam keadaan penuh. Bahagian DNA yang dibungkus dan berstruktur dipanggil heterochromatin. Dan ternyata bahawa dalam sel-sel yang sakit terdapat sangat sedikit heterochromatin - dengan kata lain, DNA dengan sindrom Werner datang ke keadaan bebas, "kucar-kacir".

Perkara yang sama boleh diperhatikan semasa penuaan biasa: apabila keadaan kromosom dibandingkan dalam beberapa orang yang berbeza umur, mereka melihat bahawa semakin tua seseorang, semakin teruk DNAnya dibungkus dalam nukleus. Jelas sekali, dengan progeria, proses yang sama berlaku lebih cepat dan bermula lebih awal - mungkin sudah pada peringkat awal perkembangan individu. Mengapakah keadaan kromosom yang tidak teratur dan tidak terbungkus boleh membawa kepada akibat sedemikian? Jika gen berada dalam bentuk heterokromatik, ini bermakna ia tidak aktif, dimatikan, berada dalam keadaan tidak aktif. Jika pembungkusan lemah, maka gen kita akan mula dihidupkan, yang sepatutnya senyap. Hanya aktiviti yang tidak perlu secara kolektif boleh menyebabkan penuaan. Sebaliknya, diketahui bahawa dalam bentuk heterokromatik, tertutup terdapat unsur genetik mudah alih yang melompat dari satu tempat ke satu tempat dalam DNA, dengan itu menyebabkan mutasi yang tidak diingini.

Sama ada pembongkaran dan gangguan umum dalam DNA benar-benar melibatkan semua perubahan yang menjadi ciri sel penuaan, dan sama ada ini berlaku dalam semua kes progeria, kedua-dua kanak-kanak dan dewasa, akan ditunjukkan oleh eksperimen selanjutnya. Tetapi, jika ini benar, ahli biologi boleh menumpukan pada pembungkusan DNA sebagai sasaran dadah yang berpotensi yang boleh membantu melambatkan penuaan, kedua-dua pramatang dan normal.