Исследователи Еврейского университета в Иерусалиме выявили ген, который напрямую связывает рост в раннем возрасте и репродуктивный успех с ускоренным старением и повышенным риском развития рака в более позднем возрасте. Это открытие позволяет по-новому взглянуть на давнюю теорию эволюционной биологии.
Международная группа ученых предоставила экспериментальные доказательства теории антагонистической плейотропии — идеи о том, что определенные гены могут давать преимущества в раннем возрасте, но при этом способствовать развитию заболеваний и ухудшению состояния в старости.
Несмотря на то, что эта теория широко распространена, ученым до сих пор не удавалось выявить конкретные гены, отвечающие за подобные компромиссы у позвоночных. Используя африканскую бирюзовую карликовую цихлазому, недолго живущий вид, который ученые выбрали в качестве объекта для исследований генетического старения, команда сосредоточилась на гене vgll3, который ранее связывали со сроками полового созревания у людей и других видов, в частности у атлантического лосося.
Модифицировав этот ген с помощью технологии CRISPR, исследователи добились результатов. Рыбы с измененным vgll3 росли быстрее и раньше достигали половой зрелости, что могло дать им репродуктивное преимущество в естественной среде обитания.
Однако эти преимущества были сопряжены со значительными долгосрочными издержками. У тех же рыб сократилась продолжительность жизни и участились случаи возрастных опухолей, в том числе меланобластомы.
«По сути, мы застали эволюцию за поиском компромисса. Годами мы задавались вопросом, почему наш организм не может поддерживать себя в идеальном состоянии бесконечно. Этот ген дает нам прямой ответ: природе не важно долголетие, она ставит во главу угла непрерывность процессов. Мы созданы для спринта, а не для марафона», — сказал доктор Харель, автор исследования.
Дальнейший анализ показал, что ген влияет на ключевые биологические процессы, включая клеточное деление, активность стволовых клеток и репарацию ДНК. Повышенная клеточная активность может объяснить как быстрое развитие, наблюдаемое у молодых особей, так и накопление повреждений, приводящее к заболеваниям у более взрослых рыб.
Исследователи также разработали иммунодефицитную модель рыбы, позволяющую им трансплантировать и изучать опухолевые клетки способами, ранее невозможными в этой системе.
«Самое удивительное — и немного пугающее — то, что рак, который мы наблюдаем у этих рыб, не является случайностью. Это прямое следствие их юношеской жизнестойкости. Те же механизмы, которые заставляют клетку строить молодое тело, превращают ее в опухоль. Если мы сможем понять этот механизм, то, возможно, наконец научимся отделять здоровый рост от болезни», — добавил доктор Харель.
Поскольку vgll3 присутствует и у человека, полученные результаты могут иметь широкое значение для понимания процессов развития, старения и возрастных заболеваний. Хотя предыдущие исследования выявили связь этого гена со сроками полового созревания и уровнем гормонов, до сих пор не было функциональных данных.
Это открытие, опубликованное в журнале Nature Communications, может способствовать дальнейшим усилиям в области профилактики рака и исследованиям, направленным на увеличение продолжительности здоровой жизни. По словам ученых, следующим шагом станет изучение возможности отделить полезные эффекты гена в раннем возрасте от его пагубного влияния в более позднем возрасте.
