„Лек безпорядък” в ДНК удължил живота на дрожди също като гладуването

Това е още една форма на стрес , която в малки дози може да е полезна за клетките. В течение на жизнения си цикъл, клетката може да се сблъска с много стресови фактори, като отравяне с токсини, недостиг на хранителни вещества, хипоксия и други. Но тези фактори могат да удължат живота и, ако и въздействат в малки дози. Изследователи от Хюстън открили още един вид стрес , който въздейства на клетките – развъртването на ДНК. Този процес включва същите сигнални пътища като гладуването, методът, който в момента е признат за един от най-перспективните за удължаване на живота.

Един от признаците за старееща клетка е трансформацията на ДНК към ядрото. При това някои от нейните участъци се развъртват, правейки разположената в тях информация по-достъпна, но по-голямата част, напротив, се свива в хистонови протеини. Ако ДНК започне интензивно да се развърта, то за клетките това е тревожен сигнал. Това може да е следствие на опасни мутации или да стане тя причина за такива мутации. В този момент клетката трябва да спре да се размножава, да включи режима за ремонт на ДНК и да възстанови първоначалната си структура. Тези процеси са част от реакцията на стрес на клетките.

Освен развъртването на ДНК стрес може да предизвикат и други фактори: свободни радикали, образуващи се вследствие на дишането на клетката, токсини ( например етилов спирт), йонизираща радиация, голяма разлика в температурите и други. Всичките те в големи дози предизвикват стареене на клетките и гибел на организма. Но отдавна е известно, че в малки дози всичко това, напротив, стимулира растежа и делението на клетките, тъй като се включват вътрешните механизми за ремонт и така се увеличава тяхната жизнезпособност. Този ефект се нарича хормезис *(hormesis) , а факторите, които го предизвикват – хорметини (hormetins).

Да се прекара границата между малките и полезни и големите и опасни дози на хорметини много често въобще не е лесно ( като например с алкохола). Но има много данни за това, че стресът удължава живота, във всеки случай при опитни животни и организми. За еталон на хорметин, с който да се сравняват останалите фактори и по който се настройва часовника на биологическата възраст, в момента се смята ограничението на поеманите с храна калории, тоест гладуването.

Учените от Хюстън предположили, че развъртването на ДНК също да бъде хорметин и проверили тази своя хипотеза на дрожди. Дрождите имат две копия на гени, кодиращи основните хистони. Спомагателното копие доставя около 15% от всичките хистони, а основното-около 85%. Ако се изключат и двете, дрождите бързо умират, защото в отсъствие на „ бобината за навиване” ДНК-то губи своята пространствена структура.

По тази причина изследователите първо изключили отделно основното копие и открили, че това съществено съкращава живота на клетките. Обикновените дрожди остарявали (прекратява ли да се делят) след 37 рунда на размножение, а мутантните – вече на 30-я рунд. При лишаване само от резервното копие, клетката неочаквано се оказала по-жизнена и издържала 40 деления. Така неголямо развъртване на ДНК въздействало за клетката като полезен стрес.

За да проверят, как именно отсъствието на хистони предизвиква стрес в клетката, учените вкарали в генома на клетката допълнителни мутации. Ако новата мутация в сравнение с отсъстващото копие допълнително удължава живота, то значи тя предизвиква нов стрес. Ако допълнителен ефект от новата мутация няма, това означава, че и генът, в който тя се намира и хистоните отговарят на един и същ сигнален път.

Проверявайки няколко гена, изследователите открили , че хистоните действат с помощта на протеина TOR, който вече е известен като регулатор на стареенето на различни организми. Когато TOR е активен, той включва растежа и делението на клетките. При това вътрешноклетъчният ремонт губи своя приоритет, което води износване и стареене на клетката. Когато TOR не работи, растежът и делението на клетката спират, но за сметка на това клетката получава възможност да възстанови своите молекули и органела. Съдейки по всичко, малкият безпорядък в конфигурацията на ДНК блокира работата на TOR и удължава по този начин живота на клетките. Показателно е, че изключването на вспомагателното копие на хистоните е повлияло на срока на живот на дрождите точно така, както мутацията, имитираща ограничаването на калориите.

Изследователите предположили, че механизъмът , когато възниква лек стрес в отговор на недостиг на хистони, може да съществува не само при дрождите , но и при многоклетъчните животни. Те се възползвали от изследванията на техни предшественици, които са изучавали експресията на гени в клетките на нематоди(кръгли червеи), дрозофили (плодови мушици) и мишки, носещи мутации в хистоновите гени. Оказало се, че в повечето гени, функциите, които са свързани със сигналния път на TOR, прекратяват да работят при „хистонов стрес” както при дрождите, така и при многоклетъчните. Това означава, че в списъка на хорметините, способни да удължават живота, се е появил още един, сравним по сила и механизъм с действието за ограничаване на калориите (гладуването).

*Хормезис – биологична реакция при въздействие с малки количества (дози), която е инверсна на реакцията, която се предизвиква от големи количества (дози).
** Хистони – Toвa ca пpocти бeлтъци c ocнoвeн xapaĸтep. Зaeднo c дeзoĸcиpибoнyĸлeинoвитe ĸиceлини (ДHK) тe ca ocнoвни cтpyĸтypни eлeмeнти нa xpoмoзoмитe. Изпълнявaт двe фyнĸции – cтaбилизиpaт cтpyĸтypaтa нa xpoмoзoмитe и игpaят вaжнa poля в peгyлaциятa нa гeннaтa aĸтивнocт.