Одним из немногих надежных способов увеличения продолжительности жизни организма, будь то плодовая мушка или мышь, является ограничение потребления калорий. Новое исследование, проведенное на плодовых мушках, помогает объяснить, как такие диеты связаны с долголетием, и дает ключи к пониманию влияния старения на стволовые клетки.

Ученые из Института биологических исследований Солка (Salk Institute for Biological Studies) установили, что корректировка активности гена dPGC-1, гомолог которого присутствует в ДНК человека, в стволовых клетках кишечника плодовых мушек замедляет процесс старения их пищеварительного тракта и увеличивает продолжительность жизни насекомых на целых 50 процентов.

«У плодовой мушки и человека гораздо больше общего, чем принято думать», – говорит руководитель проекта Линн Джоунс (Leanne Jones), адъюнкт-профессор лаборатории генетики Института Солка. «Сходство тонкого кишечника человека и кишечника плодовой мушки огромно».

Ученым давно известно, что ограничение калорий в ежедневном рационе питания увеличивает продолжительность жизни целого ряда животных. В некоторых исследованиях находившиеся на таком рационе животные жили в среднем более чем вдвое дольше, чем контрольные.

Хотя о биологических механизмах, лежащих в основе этого явления, известно мало, исследования показали, что клетки находящихся на ограниченном рационе животных имеют большее количество вырабатывающих энергию структур – митохондрий. У млекопитающих и мух количество этих клеточных электростанций, превращающих сахара и жиры пищи в энергию для выполнения клетками своих функций, регулируется геном PGC-1.

У молодых плодовых мушек (слева) ткань кишечника высоко организована, как видно из равномерного распределения различных типов клеток,
каждый из которых представлен отдельным цветом. По мере старения мушек этот порядок нарушается, что объясняется неупорядоченной
активностью стволовых клеток и неспособностью образовывать клетки со специфическими функциями. Ученые из Института биологических
исследований Солка и их коллеги открыли, что активация гена dPGC-1 у плодовых мушек замедляет процесс старения и одновременно увеличивает
продолжительность жизни этих животных. (Фото: Salk Institute for Biological Studies)

Эта цепочка связей между митохондриями и продолжительностью жизни вдохновила Джоунс и ее коллег на изучение последствий гиперэкспрессии гена PGC-1. С помощью генной инженерии они повысили активность гомолога этого гена у плодовых мушек – dPGC-1. Мушки Drosophila melanogaster имеют небольшую продолжительность жизни, что позволяет ученым изучать старение и долгожительство способами, неприменимыми на организмах с большой продолжительностью жизни, таких как мыши или человек.

Ученые установили, что повышение активности dPGC-1 приводит к увеличению количества митохондрий и производства энергии – явлению, наблюдаемому и при ограничении калорий. Гиперэкспрессия этого гена в стволовых и прогениторных клетках кишечника, служащих источником восстановления кишечных тканей, способствовала улучшению здоровья и большей продолжительность жизни. Мухи жили на 20–50 процентов дольше, в зависимости от метода и степени изменения активности гена.

«Их кишечник находился в прекрасном состоянии», – комментирует результаты исследования его участник Кристофер Кёлер (Christopher Koehler). «Мушки с измененной активностью этого гена были гораздо более активны и жизнеспособны, чем другие».

Частично это может объясняться тем, что усиление экспрессии гена dPGC-1 у плодовых мушек стимулирует стволовые клетки, восстанавливающие ткани кишечника, поддерживая его в более здоровом состоянии. Это открытие предполагает, что ген dPGC-1 может функционировать в качестве биологического инструмента для замедления процесса старения и служить мишенью для лекарственных препаратов или других методов лечения, направленных на торможение старения и развития возрастных заболеваний.

«Замедление старения одного важного органа – в данном случае кишечника – может оказать огромное влияние на общее состояние здоровья и долголетие»,  – считает Джоунс. «При болезни, которая затрагивает многие ткани, например, можно было бы сосредоточиться на поддержании в здоровом состоянии одного органа, а для этого можно было бы использовать PGC-1".

Результаты исследования, проведенного в сотрудничестве с учеными из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (University of California, Los Angeles), опубликованы в журнале Cell Metabolism.

Аннотация к статье

Modulation of Longevity and Tissue Homeostasis by the Drosophila PGC-1 Homolog