Co wpływa na starzenie się komórek?

Naukowcy z Fred Hutchinson Cancer Research zdefiniowali kluczowe procesy, które mogą pomóc zrozumieć wpływ genetyki i czynników środowiskowych takich jak dieta na żywotność, starzenie się i choroby związane z wiekiem. Odkrycia dokonano podczas serii eksperymentów przeprowadzanych na drożdżach.

Wyniki badania, łączącego aspekty starzenia się i żywotności z mechanizmami, które wykorzystują komórki do przechowywania substancji odżywczych, zostały opisane w listopadowym wydaniu magazynu „Nature” przez współautorów: dr Daniel’a Gottschlinga, członka Hutchinson Center Basic Sciences Division i dr Adama Hughes, adiunkta w Pracowni Gottschling’a.

Prace rozpoczęły się, gdy Hughes i Gottschling szukali źródła uszkodzeń mitochondriów związanych z procesem starzenia się. Naukowcy wykazali, że specyficzne zmiany kwasowości struktury w komórkach drożdży, zwanej wakuolą, prowadzą bezpośrednio do nieprawidłowego działania mitochondriów.

Zmiany kształtu, widziane w procesie starzenia się komórek drożdży, można zaobserwować również w niektórych komórkach ludzkich takich jak neurony czy komórki trzustki” – tłumaczy Gottschling.

Wodniczka (wakuola) i jej odpowiednik u ludzi i innych organizmów – lizosom, ma dwa główne zadania: degradowanie białka i przechowywanie molekularnych budulców komórek. Do wykonania tej pracy wnętrze wakuoli musi mieć wysoką kwasowość. Hughes i Gottschling wykazali, że w komórce drożdży wnętrze wakuoli staje się mniej kwaśne stosunkowo wcześnie. Spadek kwasowości utrudnia zdolność przechowywania pewnych składników odżywczych, co z kolei przerywa dostarczanie energii mitochondriom i uszkadza je. Kiedy Hughes próbował zapobiec spadkowi kwasowości wakuoli, funkcje mitochondriów zostały zachowane i komórki drożdży żyły dłużej.

Dotychczas rolę wakuoli w rozkładzie białek uważano za najważniejszą. Byliśmy zaskoczeni, że to funkcja przechowywania, a nie degradacji białek wydaje się powodować zaburzenia czynności starzenia się mitochondriów w komórkach drożdży” – powiedział Hughes.

Nieoczekiwane odkrycie zachęciło Hughes’a i Gottchling’a do zbadania jak ograniczenie przyjmowanych kalorii, które przedłużają żywotność drożdży, robaków, much i ssaków, wpływa na kwasowość wakuoli. Okazało się, że ograniczenie kalorii opóźnia proces starzenia się i przynajmniej częściowo jest to efekt zwiększenia kwasowości wakuoli.

Teraz, gdy uzyskaliśmy wstępne dowody na to, że ograniczenie kalorii przyjmowanych przez drożdże przedłuża ich żywotność, mamy nadzieję, że uda się przełożyć te odkrycia na wyższe organizmy, np. ludzkie” – powiedział Hughes.

Biorąc pod uwagę podobieństwa w podstawowej biologii drożdży i ludzkich komórek, naukowcy na nowo zdefiniowali połączenie między komórkami, którymi się odżywiamy i tym, jak ich wiek może wpłynąć na procesy, które prowadzą do zaburzeń związanych ze starzeniem się ludzkiego organizmu.

Teraz, mamy inne, nowe spojrzenie na zrozumienie tego, jak genetyka i środowisko współdziałają ze sobą oraz jak oddziałują na długość naszego życia czy rozwój chorób związanych z wiekiem. Dlatego jestem tak podekscytowany tymi odkryciami” – podkreślił Gottschling.

Gottschling i Hughes spekulują, że jeżeli kwasowość w wakuoli spada, ogranicza to jej zdolność do przechowywania niektórych metabolitów i składników odżywczych. Mogą one natomiast być gromadzone w komórce, zalewając mitochondria. Obciążone mitochondria – wykorzystując całą energię, uszkadzają się. Bez zasilania nie są one w stanie pobierać białek potrzebnych do utrzymania ich właściwego kształtu i spełniać swoich standardowych funkcji. Gottschling i jego współpracownicy badają obecnie tę hipotezę szczegółowo. Próbują również odkryć, co wyzwala początkowy spadek kwasowości w wakuoli.

Ta ostatnia kwestia badania jest szczególnie interesująca, ponieważ naukowcy dowiedli,
że choć w wakuoli kwasowość spada, w nowo powstałych komórkach jest ona na normlanym poziomie. Koreluje to z poprzednimi wynikami badań w tej dziedzinie, które dowodzą, że wszystkie komórki potomne drożdży mają ten sam potencjał – żywotność i trwałość bez względu na wiek komórki-matki. Przywracanie początkowej wartości kwasowości komórki-córki jest najwcześniejszym zaobserwowanym zjawiskiem odmładzania komórek. Wady związane z wiekiem są pozornie usuwane przez organizm potomstwa. To może wyjaśnić, jak akt tego samego podziału komórek wpływa na proces starzenia się.

Adam L. Hughes, Daniel E. Gottschling. An early age increase in vacuolar pH limits mitochondrial function and lifespan in yeast. Nature, 2012;
http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121121145404.htm