Ученые выяснили, как синтез белка влияет на старение
77 город Москва
- 1017 просмотров
Биологи МГУ совместно с коллегами из Гарвардской школы медицины и ИМБ РАН изучили, как меняется с возрастом синтез белка в печени и почке мышей. Исследование помогает понять фундаментальные механизмы, лежащие в основе старения. Результаты трёхлетней работы учёных опубликованы в престижном международном журнале PNAS.
Старение является причиной множества возрастных заболеваний. В его основе лежат повреждения, которые со временем накапливаются в клетках, тканях и органах живых организмов. Биосинтез белка – важнейший метаболический процесс, на который клетка тратит большую часть вырабатываемой энергии. Его нарушения приводят к ухудшению качества и соотношения белков в клетке и способствуют старению организма в целом. Известно, что некоторые воздействия, снижающие эффективность белкового синтеза, увеличивают продолжительность жизни. Однако вопрос о возможностили повлиять на этот процесс, чтобы достичь долголетия у человека, остаётся открытым.
Выпускница факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ Александра Анисимова, первый автор статьи, рассказывает: «Благодаря уникальному опыту, накопленному в лаборатории Вадима Гладышева в Бостоне, мы смогли применить метод рибосомного профайлинга к двум органам (печени и почке) мышей разного возраста. Это позволило детально охарактеризовать изменения в экспрессии генов на уровне биосинтеза белка при старении. Мы обнаружили изменения в синтезе компонентов многих важных процессов и регуляторных путей, в том числе связанных с иммунитетом, воспалением, внеклеточным матриксом и метаболизмом жиров. Но самое яркое наблюдение, которое мы сделали, касается снижения темпов наработки самих компонентов белок-синтезирующего аппарата – рибосомных белков и трансляционных факторов».
Синтез рибосом и связанных с ними белков тщательно регулируется в клетке, поскольку при их избытке на белковый синтез будет уходить слишком много энергии. Кроме того, чересчур интенсивная наработка белков приводит к их плохому сворачиванию, накоплению повреждённых и неправильно работающих клеточных компонентов. Например, при отсутствии аминокислот (когда животное голодает) или в условиях, способствующих денатурации белков (при перегреве или интоксикации), уровень синтеза белка падает, и эта адаптация позволяет организму выжить в неблагоприятных условиях. Оказалось, что с возрастом в печени и почке мыши происходит нечто похожее: по-видимому, «чувствуя» накопление повреждений, стареющая клетка вынуждена снижать уровень белкового синтеза, чтобы отсрочить наступление неблагоприятных последствий.
На том же основаны и некоторые другие процессы, продлевающие жизнь самым разным организмам. Это, например, низкокалорийная диета, мутации в генах трансляционного аппарата или лекарственные средства, снижающие активность одного из главных регуляторов белкового синтеза – протеинкиназы mTOR. Всё это приводит к замедлению синтеза белка и таким образом отдаляет старение и гибель. «Полученные нами результаты помогают понять фундаментальные механизмы, лежащие в основе процессов старения. Одновременно мы узнаём много нового о молекулярных механизмах биосинтеза белка», – рассказывает один из руководителей работы, профессор Гарвардской школы медицины Вадим Гладышев.
Исследованием изменений, происходящих с возрастом в различных организмах – от дрожжей до человека, – учёные МГУ занимаются с 2017 года, когда в НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ на средства мегагранта была создана лаборатория системной биологии старения. Студенты факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ выполняли как биохимическую, так и компьютерную часть исследования. Работа в лаборатории позволила ребятам овладеть уникальным сочетанием навыков в молекулярной биологии и биоинформатике.
«Главным проектом лаборатории в первые три года её работы стало изучение картины биосинтеза белка в органах мышей разного возраста методом рибосомного профайлинга, – рассказывает соруководитель лаборатории, старший научный сотрудник НИИ ФХБ МГУ и ИМБ РАН, доцент ФББ МГУ Сергей Дмитриев. – Этот ультрасовременный метод появился относительно недавно и совершил настоящую революцию, привнеся все преимущества системной биологии в область изучения биосинтеза белка. В клетке белок синтезируют специальные молекулярные машины – рибосомы. Они „переводят“ (транслируют) последовательности генов с языка азотистых оснований, на котором записана информация в ДНК и РНК, на язык аминокислот, из которых и состоят белки. Метод рибосомного профайлинга позволяет определить одновременно все РНК, которые в данный конкретный момент транслируются рибосомами в клетке. Для этого используется секвенирование нового поколения и сложная биоинформатическая обработка данных».
Руководство биоинформатической частью проекта взял на себя ведущий научный сотрудник ИМБ РАН д.б.н. Иван Кулаковский. «Работа в этой лаборатории, – говорит Иван, – невероятно воодушевляет. Это прямой доступ к результатам современных экспериментов, внушительным компьютерным мощностям (вычислительный кластер „Макарьич“) и, главное, молодой и мотивированный коллектив. Этот проект был для нас определённым вызовом, поскольку требовал и технических навыков в работе с „сырыми“ данными с секвенатора, и сложной статистической обработки, и правильной интерпретации итоговых результатов».
В настоящее время коллектив лаборатории продолжает исследования с целью понять изменения в биосинтезе белка, которые происходят в организме мышей при некоторых воздействиях, увеличивающих продолжительность жизни.
Добавьте свой комментарий