Procesy starnutia a vývoj rôznych chorôb súvisiacich s vekom už dlho zaujímajú vedcov z celého sveta, pretože pochopením ich priebehu môžeme nielen napraviť, ale možno ich úplne zvrátiť. Avšak až donedávna nebolo jasné, čo začína proces starnutia..
V časopise Science publikovali štúdiu o vzťahu procesu starnutia so zhoršením pevne zabalených zväzkov bunkovej DNA, ktoré v budúcnosti môžu viesť k vývoju metód prevencie a liečby chorôb súvisiacich s vekom, ako sú rakovina, cukrovka a Alzheimerova choroba.
Počas spoločného výskumu vedci z Ústavu Salk a Čínskej akadémie vied zistili, že genetické mutácie, ktoré sú základom Wernerovho syndrómu, poruchy vedúce k predčasnému starnutiu a smrti, sú spôsobené zhoršením väzieb DNA známych ako heterochromatín.
Objav, ktorý vznikol vďaka kombinácii kmeňových buniek a technológie na úpravu génov, môže byť základom vývoja metód na potlačenie zmien súvisiacich s vekom tým, že sa predchádza alebo opravuje poškodenie heterochromatínu..
"Naše zistenia ukazujú, že mutácie v géne, ktorý spôsobuje Wernerov syndróm, spôsobujú dezorganizáciu heterochromatínu a že toto narušenie štruktúry DNA je kľúčovým faktorom, ktorý vyvoláva proces starnutia," hovorí vedúci výskumu Juan Carlos Ispisua Belmonte. "Tento objav nielenže umožnil určiť hlavnú príčinu starnutia - deštrukciu heterochromatínu, ale tiež ukázal, že tento proces je reverzibilný."
Wernerov syndróm je genetické ochorenie, ktoré spôsobuje uzdravenie ľudí rýchlejšie ako zvyčajne. Vyskytuje sa raz na 200 000 ľuďoch. Ľudia s touto poruchou už v počiatočných štádiách života trpia chorobami súvisiacimi s vekom (katarakta, diabetes typu 2, stuhnutie artérií, osteoporóza a rakovina) a ich predĺženie života sa zníži na 40-50 rokov.
Ochorenie je spôsobené mutáciou syndrómu Wererského syndrómu RecQ alebo redukovaného génu WRN, ktorý generuje proteín WRN. Predchádzajúce štúdie ukázali, že normálna forma proteínu je enzým, ktorý zachováva štruktúru a integritu ľudskej DNA. Mutácia tohto proteínu ovplyvňuje replikáciu a opravu DNA a expresiu génov, o ktorých sa predpokladalo, že spôsobujú predčasné starnutie. Napriek tomu zostáva záhadou, ako presne mutovaný proteín WRN narušuje tieto dôležité bunkové procesy..
Počas svojho výskumu sa vedci z inštitútu Salk pokúsili presne určiť, ako mutovaný proteín WRN spôsobuje takýto veľkokapacitný chaos. Na tento účel vytvorili bunkový model Wernerovho syndrómu pomocou technológií na úpravu génov na odstránenie génu WRN z ľudských kmeňových buniek. Tento model kmeňových buniek choroby poskytol vedcom bezprecedentnú príležitosť študovať rýchlo starnúce bunky v laboratóriu. Získané bunky imitovali genetickú mutáciu, ktorá sa vyskytuje u pacientov s Wernerovým syndrómom, a preto začali starnúť rýchlejšie ako zvyčajne. Pri bližšom preskúmaní vedci zistili, že extrakcia génu WRN tiež narušila štruktúru heterochromatín - chromatínových segmentov, ktoré sú v kondenzovanom (kompaktnom) stave počas bunkového cyklu..
Štruktúra DNA pôsobí ako prepnutie na kontrolnú génovú aktivitu a kontroluje komplexné bunkové mechanizmy. Na vonkajšej strane heterochromatínových lúčov sú chemické markery, známe ako epigenetické zakončenia, ktoré riadia štruktúru heterochromatínu. Napríklad zmeny týchto chemických prepínačov môžu zmeniť štruktúru heterochromatínu, čo spôsobuje expresiu alebo supresiu génov..
Vedci zistili, že delécia génu WRN vedie k dezorganizácii heterochromatínu, čo dokazuje dôležitú úlohu proteínu WRN pri udržiavaní štruktúry heterochromatínu. V priebehu ďalších experimentov sa zistilo, že proteín interaguje priamo s molekulárnymi štruktúrami, o ktorých je známe, že stabilizujú heterochromatín, čo je nepopierateľným dôkazom priameho spojenia mutovaného proteínu WRN s destabilizáciou heterochromatínu.
"Naša štúdia preukázala spojitosť medzi Wernerovým syndrómom a heterochromatínovou dezorganizáciou, čo dokazuje molekulárny mechanizmus, vďaka ktorému genetická mutácia vedie k všeobecnému narušeniu bunkových procesov a zabraňuje epigenetickej regulácii génovej expresie," hovorí pán Belmonte. - "Inými slovami, naznačuje, že nahromadené zmeny v štruktúre heterochromatínu môžu byť hlavnou príčinou starnutia buniek a vzniká otázka, či je možné zvrátiť tieto zmeny s cieľom zabrániť alebo dokonca liečiť poruchy spojené s vekom súvisiacimi zmenami".
Aby sa konečne určila úloha heterochromatínovej dezorganizácie na začiatku procesu starnutia, budú potrebné ďalšie štúdie. Umožnia vedcom pochopiť, ako táto dezorganizácia interaguje s inými bunkovými procesmi, ktoré sa podieľajú na starnutí, napríklad redukciou koncov chromozómov, známych ako teloméry. Okrem toho tím výskumníkov pracuje na epigenetickej editácii technológií na zvrátenie epigenetických zmien, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v procese putovania a rozvoja ľudských chorôb..