Procesy stárnutí a vývoj různých onemocnění souvisejících s věkem jsou pro vědce po celém světě už dávno zajímavé, protože pochopením jejich průběhu můžeme nejen opravit, ale i zcela je zvrátit. Dosud nebylo jasné, co začíná proces stárnutí..
V časopise Science vyšlo studie, která prokazuje vztah procesu stárnutí se zhoršením těsně zabalených svazků buněčné DNA, což v budoucnu může vést k vývoji metod prevence a léčby onemocnění souvisejících s věkem, jako je rakovina, diabetes a Alzheimerova choroba.
Během společného výzkumu vědci z Institutu Salk a Čínské akademie věd zjistili, že genetické mutace, které jsou základem Wernerova syndromu, což je porucha, která vede k předčasnému stárnutí a smrti, je způsobena zhoršením vazeb DNA známých jako heterochromatin.
Objev, který vznikl díky kombinaci kmenových buněk a technologie úpravy genů, může být základem pro vývoj metod proti povětrnostním změnám tím, že se zabrání nebo opraví poškození heterochromatinu..
"Naše nálezy ukazují, že mutace v genu, který způsobuje Wernerův syndrom, způsobují rozrušení heterochromatinu a že toto narušení struktury DNA je klíčovým faktorem, který způsobuje proces stárnutí," říká Juan Carlos Ispisua Belmonte, vedoucí výzkumu. "Tento objev nejen umožnil určit hlavní příčinu stárnutí - destrukci heterochromatinu, ale také ukázal, že tento proces je reverzibilní."
Wernerův syndrom je genetické onemocnění, které způsobuje, že se lidé léčí rychleji než obvykle. Objevuje se jednou u 200 000 lidí. Lidé s touto poruchou již v raném stádiu života trpí onemocněními spojenými s věkem (katarakty, diabetes typu 2, ztvrdnutí artérií, osteoporóza a rakovina) a jejich délka života je snížena na 40-50 let.
Onemocnění je způsobeno mutací syndromu Wererského syndromu RecQ nebo redukovaným genem WRN, který generuje protein WRN. Předchozí studie ukázaly, že normální forma proteinu je enzym, který zachovává strukturu a integritu lidské DNA. Mutace tohoto proteinu zhoršuje replikaci a opravu DNA a genovou expresi, u které se předpokládalo, že způsobí předčasné stárnutí. Nicméně zůstává záhadou, jak přesně mutovaný protein WRN narušuje tyto důležité buněčné procesy..
Během svého výzkumu se vědci z Ústavu Salk snažili přesně určit, jak mutovaný protein WRN způsobuje takový rozsáhlý buněčný chaos. K tomu došlo k vytvoření buněčného modelu Wernerova syndromu, který využívá technologie úpravy genů pro odstranění genu WRN z lidských kmenových buněk. Tento model onemocnění kmenových buněk poskytl vědcům nebývalou příležitost studovat v laboratoři rychle stárnoucí buňky. Získané buňky napodobovaly genetickou mutaci, ke které dochází u pacientů s Wernerovým syndromem, a proto začaly stárnout rychleji než obvykle. Při bližším vyšetření vědci zjistili, že extrakce genu WRN také narušila strukturu segmentů heterochromatinu - chromatinu, které jsou během buněčného cyklu kondenzované (kompaktní)..
Struktura DNA působí jako přechod ke kontrolní genové aktivitě a řídí komplexní buněčné mechanismy. Na vnější straně heterochromatinových nosníků jsou chemické markery, známé jako epigenetické zakončení, které řídí strukturu heterochromatinu. Například změny těchto chemických přepínačů mohou změnit strukturu heterochromatinu, což způsobí expresi nebo potlačení genů..
Vědci zjistili, že výmaz genu WRN vede k dezorganizaci heterochromatinu, což dokazuje důležitou roli proteinu WRN při udržování struktury heterochromatinu. V průběhu dalších experimentů bylo zjištěno, že protein interaguje přímo s molekulárními strukturami, o kterých je známo, že stabilizují heterochromatin, což je nepopiratelným důkazem přímého spojení mutovaného proteinu WRN s destabilizací heterochromatinu.
"Naše studie ukázala vazbu mezi Wernerovým syndromem a heterochromatinovou dezorganizací, která demonstruje molekulární mechanismus, kvůli němuž genetická mutace vede k obecnému narušení buněčných procesů a zabraňuje epigenetické regulaci genové exprese," říká pan Belmonte. - "Jinými slovy navrhuje, že akumulované změny ve struktuře heterochromatinu mohou být hlavní příčinou buněčného stárnutí. Vyvstává otázka, zda je možné tyto změny zvrátit, aby se zabránilo nebo dokonce léčí poruchy spojené s věkem související změny".
Aby bylo možné definitivně určit úlohu heterochromatové dezorganizace na počátku procesu stárnutí, budou vyžadovány další studie. Umožní vědcům pochopit, jak tato dezorganizace interaguje s jinými buněčnými procesy, které se podílejí na stárnutí, jako je snížení konců chromozomů, známé jako telomery. Navíc tým výzkumných pracovníků pracuje na epigenetické editační technologii ke zvrácení epigenetických změn, které hrají důležitou roli v procesu putování a rozvoji lidských nemocí..