Geny a długość życia

Choć wszystkie kręgowce współdzielą na poziomie genetycznym pewne instrukcje regulujące długość ich życia, nadal nie do końca wiemy jak to właściwie się dzieje, że jedne z nich są krótko-, a inne długowieczne. Przykładowo, babka karłowata (niewielka rybka akwariowa) żyje nie dłużej niż dwa miesiące, a mysz - rok lub dwa. Z kolei golec piaskowy, jak na gryzonia, jest już relatywnie długowieczny, bo dożywa nawet 20 lat (posłuchacie o nim w filmie Dawida [1]). Na tle wymienionych zwierząt człowiek ze średnią życia ok. 80 lat wypada całkiem nieźle, jednak wynik ten blednie gdy przeniesiemy optykę na organizmy wodne, gdyż niektóre spośród nich dożywają nawet setek lat.

Rozwiązania tej zagadki podjęli się badacze z Harvard Medical School oraz Boston Children’s Hospital, którzy zamiast próbować wydłużać życie organizmów raczej krótkowiecznych (np. myszy), sprawdzili co skrywa genom różnych gatunków ryb z rodzaju Sebastes (ang. rockfish) [2]. Ryby z tego rodzaju są wyjątkowo wdzięcznym modelem do badania zjawiska długowieczności, gdyż mogą znacząco różnić się osiąganym wiekiem – jedne mogą dożyć nawet do 200 lat, podczas gdy inne przeżyją ich zaledwie 11 [3]. Ponadto, nie możemy wyjaśnić takiej rozpiętości w długości życia tych ryb poprzez czynniki, które są z nią często korelowane, tj. ich wielkość, czy warunki środowiskowe takie jak temperatura i zamieszkiwane głębokości [4].

Spełniony ewolucyjny obowiązek

Odpowiedzi na pytanie, skąd wynikają różnice w długości życia ryb z rodzaju Sebastes poszukiwano z wykorzystaniem techniki sekwencjonowania celowanej w konkretne obszary rozmieszczone po całym genomie (ang. targeted whole-genome sequencing). Ryby te wyewoluowały od wspólnego przodka stosunkowo niedawno, bo ok. 8 milionów lat temu, w związku z tym badacze nie oczekiwali wystąpienia dużych różnic w genomie między ich różnymi gatunkami (z wyjątkiem tych obszarów, które skrywają tajemnice długowieczności). Do badań wybrano 23 gatunki ryb reprezentujące te najbardziej krótko- i długowieczne (średni wiek w danej grupie wynosił odpowiednio 22 i 108 lat) [2]. 

Przeprowadzone analizy wykazały, że genomy długowiecznych ryb są bardziej zbliżone do genomów ich przodków w porównaniu do tych o krótszej długości życia.  Wskazuje to na kierunek ewolucji faworyzujący szybszą dojrzałość płciową umożliwiającą wcześniejszy rozród i zwiększoną przeżywalność organizmu w niesprzyjającym środowisku. Mówiąc w bardzo dużym skrócie, im szybciej mogą się rozmnażać, tym krócej mogą żyć, bo spełniły już swój ewolucyjny obowiązek [3].

Za wszystkim stoją flawonoidy?

Poszukując różnic między genomem ryb długo- i krótkowiecznych, badaczom udało się zidentyfikować grupy genów, których różne warianty mogą być zaangażowane w procesy regulujące ich długość życia. Jedna z tych grup skupiała geny związane z sygnalizacją insulinową, których znaczenie w regulacji długowieczności zostało już wcześniej wykazane w wielu różnych modelach badawczych [5]. Zaskoczeniem okazała się druga grupa genów, związana z… metabolizmem flawonoidów, czyli substancji należących do największej i najbardziej przebadanej z grup polifenoli występujących powszechnie w roślinach. Może pytanie co mają flawonoidy do długowieczności nie byłoby bezzasadne [6], jednak co mają flawonoidy do ryb żyjących na dużych, oceanicznych głębokościach?

Sęk w tym, że grupa genów zaangażowana w „metabolizm flawonoidów” nie tyczy się jedynie flawonoidów. Otóż, mówiąc szerzej, geny te odpowiadają m.in. za regulację procesów związanych z usuwaniem obcych substancji z organizmu (proces detoksykacji ksenobiotyków, którymi są flawonoidy – przynajmniej dla zwierząt) oraz modulowanie poziomu hormonów i neurotransmiterów. Mogą one determinować czas osiągnięcia dojrzałości płciowej, która jak już wspomniałam, jest związana z długością życia [2, 6]. Fakt, że te same procesy mogą być aktywowane przez wydawałoby się zupełnie różne substancje wynika z podobieństw ich struktur chemicznych, dzięki czemu mogą one aktywować czynnik transkrypcyjny (konkretnie receptor węglowodorów aromatycznych - AhR, od ang. aryl-hydrocarbon receptor), pod którego kontrolą znajduje się zidentyfikowany zestaw genów [7].

Tyle wspólnego mamy z rybami

Idąc dalej, badacze sprawdzili czy zidentyfikowane grupy genów mogą być powiązane z długowiecznością u człowieka wykorzystując do tego dane dostępne z badań asocjacyjnych całego genomu (GWAS, ang. genome-wide association study). Wyraźny związek między genami zaangażowanymi w „metabolizm flawonoidów” a długowiecznością został wykazany również u człowieka. Jest to niezmiernie ekscytujące odkrycie, biorąc pod uwagę, że czas w którym człowiek i ryby z rodzaju Sebastes mieli wspólnego przodka minął ponad 400 milionów lat temu [8].

Motywacją autorów do zgłębienia tajemnicy długowieczności (u nomen omen ryb głębinowych) jest znalezienie sposobu, w jaki moglibyśmy zapobiegać, lub chociaż spowalniać pojawianie się chorób neurodegeneracyjnych, chorób serca czy nowotworów, których ryzyko rozwinięcia się rośnie wraz z wiekiem. Obecnie badacze starają się odkryć dokładny mechanizm (oraz sposoby jego regulacji), za pomocą którego zidentyfikowana sieć genów może wpływać na długość życia bardziej konwencjonalnego modelu badawczego, jakim jest danio pręgowany (ang. zebrafish). 

Zanim jednak do tego dojdzie, w celu wspierania długiego (i zdrowego) życia musimy skupić się przynajmniej na 3 nudnych rzeczach, na które mamy wpływ i co więcej, na których działanie posiadamy dowody naukowe: w bardzo dużym skrócie są to (1) umiarkowana aktywność fizyczna, (2) zbilansowane, normokaloryczne odżywianie się oraz (3) odpowiednia ilość dobrej jakości snu [9-11].

Opublikowano w dziale nauki przyrodnicze dnia 06 mar 2023