[Перевод] Почему крупные собаки стареют быстрее: учёные ищут ответ в генах

Почему крупные собаки стареют быстрее: учёные ищут ответ в генах

Простой

6 мин

463

Перевод

Масштабное исследование Dog Aging Project раскрывает, как «прыгающие гены» лежат в основе различий в продолжительности жизни и рисках заболеваний у разных пород собак

Среди млекопитающих увеличение размеров вида обычно означает большую продолжительность жизни: от всего нескольких лет у мышей до почти 200 лет у некоторых китов. Однако, когда мы рассматриваем животных внутри одного вида, зачастую наблюдается противоположная картина: более мелкие особи живут дольше крупных. Именно это мы видим у собак.

Любители и владельцы собак давно знакомы с этим исключением: собаки крупных пород, как правило, быстрее растут и раньше умирают, чем мелкие. Поэтому учёные активно исследуют причины этого явления, связанного с так называемыми «собачьими годами», из‑за которого люди могут проводить со своими четвероногими друзьями меньше времени.

«Собаки представляют собой исключительную модель для изучения старения, поскольку в пределах одного вида демонстрируют огромные различия в продолжительности жизни», говорит старший автор исследования Ноа Снайдер‑Маклер, профессор Школы наук о жизни и Центра эволюции и медицины Университета штата Аризона.

Крупные собаки не только умирают раньше, но и более подвержены многим возрастным заболеваниям. Теперь мы, возможно, знаем почему.

Новое исследование под руководством учёных из Университета штата Аризона впервые предлагает убедительное молекулярное объяснение того, почему крупные собаки живут меньше. Ответ может заключаться в том, как характерные признаки старения изменяют ДНК собак. Исследование опубликовано в журнале Science.

При этом изучение старения собак может дать важные сведения и о старении человека. «Поскольку собаки живут рядом с нами, они могут служить исключительно полезной моделью, имеющей непосредственное отношение к здоровью человека, говорит Снайдер‑Маклер. Совместная жизнь означает, что мы разделяем с ними жизненный опыт и окружающую среду, а любовь к домашним питомцам побуждает нас обеспечивать их питанием, физической активностью и медицинской помощью на протяжении всей жизни. Это означает, что многие результаты исследований наших питомцев, живущих меньше нас, можно применить и к людям».

Прыгающие гены

Используя данные 894 собак, участвующих в проекте Dog Aging Project, группа учёных составила карту распределения метилирования ДНК по всему геному. Метилирование ДНК является частью эпигенома, который влияет на степень активности генов, не изменяя последовательность ДНК каждого гена. Эпигеном также реагирует на воздействия окружающей среды, такие как питание или стресс. И, что особенно важно для данного исследования, метилирование ДНК представляет собой хорошо изученный химический маркер старения и регуляции активности ДНК.

Полученные результаты показывают, что старение сопровождается масштабной утратой этих регуляторных меток с течением времени, особенно в областях генома, известных как «прыгающие гены», или транспозируемые элементы. Оказалось, что один из классов таких прыгающих генов, называемый LINE1, играет ключевую роль в различиях биологического старения.

Элементы LINE1 способны копировать себя и встраиваться в различные участки генома, перемещаясь с одной хромосомы на другую и повреждая при этом ДНК. Обычно их активность сдерживается метилированием ДНК, однако при утрате этих регуляторных меток она может возрастать. Этот процесс связывают с геномной нестабильностью, раком и другими возрастными заболеваниями.

«Мы обнаружили, что эпигенетическая регуляция транспозируемых элементов, особенно LINE1, по‑видимому, является одним из основных факторов, определяющих скорость старения разных собак», говорит Снайдер‑Маклер.

Исследование показало, что более 40% участков генома, связанных с LINE1, с возрастом теряют метилирование, что делает их наиболее подверженным таким изменениям классом транспозируемых элементов. При этом утрата метилирования происходит у разных собак неодинаково: у крупных пород его уровень снижается значительно быстрее.

В среднем собаки гигантских пород ежегодно теряли примерно на 35% больше метилирования LINE1, чем собаки мелких пород. «Это один из самых отчётливых молекулярных признаков, которые нам удалось обнаружить и которые согласуются с хорошо известной обратной зависимостью между размером собак и продолжительностью их жизни, говорит соавтор исследования Блейз Маринер, также работающий в Школе наук о жизни и Центре эволюции и медицины Университета штата Аризона. Это позволяет предположить, что более быстрое старение крупных собак может быть обусловлено, по крайней мере отчасти, ослаблением контроля над этими „прыгающими генами“».

После лекции профессора Университета штата Аризона Ноа Снайдера‑Маклера (слева) житель жилого комплекса Mirabella, адвокат на пенсии Д. П. Столлер (справа), угощает собак учёного, Джуно и Гомера. Новейшее исследование Снайдера‑Маклера посвящено причинам меньшей продолжительности жизни крупных собак, а его результаты могут также помочь понять процессы старения человека.

Пол и старение

Исследование также выявило неожиданные различия между самками (имеющими две X‑хромосомы, или XX) и самцами (имеющими набор XY). Оказалось, что элементы LINE1, расположенные на X‑хромосоме, сильнее метилированы у самцов, чем у самок. Это позволяет предположить, что у самок активность этих элементов может быть выше, потенциально влияя на характерные для разных полов особенности старения.

«Это был неожиданный результат, говорит Брайана Маккой, которая руководила этой работой совместно с коллегами в рамках подготовки своей докторской диссертации в Университете штата Аризона. Он ставит под сомнение некоторые наши представления о регуляции X‑хромосомы и подчёркивает сложность эпигенетического старения».

Помимо конкретных открытий, исследование подчёркивает важность эпигенетики в формировании здоровья и продолжительности жизни. Хотя генетические последовательности остаются в основном неизменными, эпигенетические метки меняются со временем и под воздействием факторов окружающей среды, предоставляя мощный инструмент для изучения биологии старения.

Примечателен и масштаб исследования, которое стало одним из крупнейших в своём роде. Для анализа геномов ДНК 864 собак учёным пришлось картировать и секвенировать более трёх миллионов участков метилирования в большой и разнообразной выборке животных. Только благодаря этой огромной работе исследовательская группа смогла выявить закономерности, которые остались бы незаметными в меньших наборах данных.

«Крупные совместные проекты, такие как Dog Aging Project, необходимы для подобных открытий, говорит Снайдер‑Маклер. Они позволяют связать молекулярные изменения с реальными различиями в состоянии здоровья и продолжительности жизни».

Четвероногие друзья

В конечном счёте результаты исследования могут иметь значение не только для собак, но и для их хозяев. «Наша работа позволяет предположить, что транспозируемые элементы могут играть фундаментальную роль в процессе старения у всех млекопитающих, говорит Снайдер‑Маклер. Если это так, то воздействие на эти элементы или механизмы, регулирующие их активность, может стать перспективным направлением разработки будущих методов лечения, позволяющих продлить период здоровой жизни человека».

Хотя необходимы дополнительные исследования, чтобы установить, является ли активность LINE1 причиной или следствием старения, эта работа предоставляет убедительные доказательства того, что эпигенетические изменения в соответствующих областях генома представляют собой характерный признак биологического старения и потенциально один из факторов, определяющих различия в его скорости.

По мере того как учёные продолжают раскрывать молекулярные механизмы старения, становится ясно одно: секреты более долгой и здоровой жизни могут скрываться не только в наших генах, но и в том, как регулируется их активность с течением времени.

Если эта публикация вас вдохновила и вы хотите поддержать автора — не стесняйтесь нажать на кнопку