A sejtjeinkben zajló egyik legfontosabb genetikai folyamat felgyorsulása és pontatlanabbá válása fontos szerepet játszhat az öregedésben, és az állatok élettartamára is hatással van – állítja az a tanulmány, amelyet Cédric Debès, a Kölni Egyetem bioinformatikusa és kollégái tettek közzé április elején a Nature-ben.
A kutatók a DNS-ről RNS-re történő átírás folyamatában, vagyis a transzkripcióban idővel bekövetkező változásokat vizsgálták - számolt be a Qubit.
Charles Brenner öregedés- és anyagcserekutatással foglalkozó biokémikus szerint további kutatásokra lesz szükség ahhoz, hogy kiderüljön, a transzkripciós sebességet szabályozó gyógyszerek kiterjeszthetik-e az egészséges élettartamot (healthspan) és a fitneszt az öregedéskutatásra alkalmazott állatmodellekben.
„Ha nincs egy világos betegségprezentáció, sokkal nehezebb lesz meghatározni a biztonságosságát és hatásosságát, mivel az öregedés nem számít megbetegedésnek”
– válaszolta kérdésünkre Brenner. A szakember szerint meglehetősen hosszú vizsgálatokat kellene elvégezni előre meghatározott kimenetelekkel, hogy kiderüljön, tényleg egészségesebb öregedést okoz-e, ha gyógyszerekkel avatkozunk be az emberek RNS-transzkripciójába.
Azt, hogy mennyi fehérjét gyárt le a sejt, jelentős részben a transzkripció határozza meg. Ennek az egyik fő szakasza az úgynevezett elongáció, amikor az RNS polimeráz enzim elkezdi az RNS-t a templátként funkcionáló DNS-szál alapján szintetizálni. Ebből a fehérjéket kódoló gének esetén mRNS lesz, míg az esetek többségében nem kódoló RNS. Az mRNS elkészültével az eukariótáknál még nem ér véget a történet; a kezdeti mRNS további érésen megy keresztül, aminek része az RNS-hasítás (splicing) folyamata. Ekkor az intronoknak nevezett, nem kifejeződő szakaszok egyszerűen kivágódnak a molekulából, és hátramaradnak az exonok. Az exonösszetétel változtatásával a rendszer számos egyedi fehérjét tud létrehozni, egy alternatív hasításnaknevezett folyamat során.
Az öregedéssel egyre kevésbé lesz pontos az átírás, és megváltozik a sejt (vagy sejtek) által átírt RNS-ek összességét jelentő transzkriptom összetétele is, ami kihat olyan fontos folyamatokra, mint a DNS-hibajavítás, a jelátvitel vagy az immunválasz.
A kutatók most Andreas Beyer vezetésével kifejezetten arra voltak kíváncsiak, hogy az öregedés milyen hatást gyakorol az RNS polimeráz II (Pol II) enzimre különböző szövetekben és különböző fajokban. Ehhez fonálférgekben (C. elegans), ecetmuslicákban (D. melanogaster), egerekben (M. musculus), patkányokban (R. norvegicus) és embereknél vizsgálták a működésében bekövetkező változásokat.
Annak tesztelésére, hogy a Pol II sebességének változása valóban befolyásolja-e az öregedést, genetikailag módosított fonálféreg- és ecetmuslicatörzseket hoztak létre, amelyek enzimje a pontmutációk miatt elméletben eleve lassabb sebességgel halad a DNS-en. A kutatók ezt RNS-szekvenálással leellenőrizték, és kiderült, hogy a Pol II átlagsebessége a módosított törzsekben tényleg lelassult. De milyen hatása volt ennek az öregedésre?
A Pol II lelassítása a fonálféregnél 20 százalékkal, az esetmuslicánál pedig 10 százalékkal tolta ki a medián élettartamot, míg a mutációk CRISPR-Cas-9-es genomszerkesztéssel történő helyreállítása lényegében visszaállította az eredeti élettartamot. A mutáns fonálférgek emellett jobb életfunkciókat mutattak idős korban, mint a hasonló korú normál állatok, ami a kutatók szerint azt mutatja, hogy a Pol II lelassítása az egészséges élettartamukat is kitolta.
A Pol II enzim felgyorsulása több transzkripciós hibához vezethet, mert az enzim korrigálási képessége megnehezül, és ezeknek a hibáknak az átlagos száma az életkorral növekszik – kivéve a módosított, lassú Pol II enzimes kísérleti állatoknál, ahol ezekből a kontrollokhoz képest jóval kevesebb volt. Korábbi vizsgálatokból azt is tudni lehet, hogy a gyors átírás egy intronmegtartásnak nevezett jelenségen keresztül akár betegségek kialakulásának is megágyazhat.
A kutatók ezért megnézték, miként változik az öregedéssel az RNS-hasítás. Mint kiderült, a felgyorsult transzkripció mérsékelte a kezdeti RNS-szintézis és az intronok kivágódása közti időtartamot, ami azzal a kellemetlen mellékhatással jár, hogy megnő a hibás hasítások száma. Ezt igazolta, hogy a fonálférgek és ecetmuslicák öregedése során egyre több lett a ritka hasítási események átlagos gyakorisága. Ezt ugyanakkor emlősöknél nem tudták konzisztensen megfigyelni, aminek a hátterében a kutatók szerint az állhat, hogy a hasítás szabályozása komplexebb az emlősök sejtjeiben.
Ha a transzkripció felgyorsulása hozzájárul az öregedéshez, érdemes lenne felderíteni, mi okozza ezt.
A kutatók szerint a választ valahol a fehérjékből és DNS-ből álló kromatin környékén kell keresni, ami többek között a két méter hosszú emberi DNS csomagolásáért és a génkifejeződés szabályozásáért felelős a sejtjeinkben.
Azt eddig is tudtuk Debès és kollégái szerint, hogy a hiszton nevű fehérjékből felépülő nukleoszómáknak – amik köré a DNS feltekeredik – az örökítőanyagon való elhelyezkedése hatással van a Pol II enzim működésére, valamint a hasítás folyamatára is. Emellett azt is tudni lehet, hogy az öregebb eukarióta sejtek kromatinjában csökken ezeknek a nukleoszómáknak a sűrűsége.
Amikor emberi sejteken megvizsgálták, mi történik, ha azok osztódó állapotból az osztódást befejező állapotba jutnak, apró, de lényeges változásokat figyeltek meg kromatinszerkezetükben, valamint a nukleoszómák helyzetében és sűrűségében.
De lehet, hogy ennél is mélyebbre kell ásni, ugyanis a nukleoszómák szerveződését a kutatók szerint alapvetően befolyásolja, hogy milyen mennyiségben vannak jelen az őket alkotó hisztonok. Amikor olyan emberi sejteket vizsgáltak, amelyekben megnövelték a H3-as és H4-es hiszton fehérjék mennyiségét, hirtelen azt látták, hogy a Pol II sebessége elkezd a normál sejtekhez képest csökkeni. Ez a további kísérleteikkel együtt arra mutat, hogy a transzkripció sebességére – és így magára az öregedésre – hatással lehet a kromatinszerkezet változása, amit igazán csak az utóbbi években kezdünk megérteni.
