Люди стареют по-разному, в том числе и бывшие президенты. Рональд Рейган заболел болезнью Альцгеймера в конце 80-х и умер от осложнений болезни в возрасте 93 лет. Франклин Рузвельт, изображенный в возрасте 62 лет, умер от кровоизлияния в мозг в возрасте 63 лет. Джимми Картер, изображенный в 2019 году в возрасте 95 лет, страдал от рака, но сейчас ему 98 лет, и он все еще активен. Наша генетика, окружающая среда и наш возраст играют важную роль в нашем здоровье, но какая из них самая важная? Новое исследование Калифорнийского университета в Беркли предполагает, что во многих случаях возраст играет более важную роль, чем генетика, в определении того, какие гены в нашем организме включены или выключены, влияя на нашу восприимчивость к болезням.
Возраст сам по себе играет большую роль в старении человека, чем генетика, и экспрессии генов и восприимчивость к определенным заболеваниям нарастают по мере старения.
На фоне множества гипотез и исследований о том, как генетика влияет на то, как мы стареем, исследование Калифорнийского университета в Беркли теперь доказало, что индивидуальные различия в нашей ДНК имеют меньшее значение, когда мы становимся старше и становимся склонными к старческим заболеваниям, таким как диабет и рак.
Изучая относительное влияние генетики, старения и окружающей среды на то, как экспрессируются около 20 000 человеческих генов, учёные обнаружили, что старение и окружающая среда гораздо важнее влияют на старение, чем генетическая изменчивость, в воздействии на профили экспрессии многих генов, когда мы становимся старше.
Уровень экспрессии генов — то есть повышение или понижение их активности — управляет всем организмом, от уровня гормонов и метаболизма до мобилизации ферментов, которые восстанавливают организм.
«Ваша генетика — то, что вы получили от спермы и яйцеклетки, и ваша эволюционная история — влияет на то, кто вы есть, на ваш фенотип, такой как ваш рост, ваш вес, есть ли у вас болезни сердца» — сказал невролог Питер Судмант, доцент кафедры интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли .
«В генетике человека было проделано огромное количество работы, чтобы понять, как гены включаются и выключаются в результате генетической изменчивости человека. Наш проект начался с вопроса: «Как на это влияет возраст человека?» И первый результат, который мы обнаружили, заключался в том, что генетика на самом деле имеет меньшее значение, чем старше вы становитесь».
Другими словами, хотя наш индивидуальный генетический состав может помочь предсказать экспрессию генов, когда мы моложе, он менее полезен для предсказания того, какие гены усиливаются или ослабевают, когда мы становимся старше — в этом исследовании приняли участие добровольно люди старше 55 лет.
Однояйцевые близнецы, например, имеют одинаковый набор генов, но с возрастом их профили экспрессии генов расходятся, а это означает, что близнецы могут стареть по-разному.
По словам Садманта, полученные результаты могут помочь в попытках соотнести болезни старения с генетическими вариациями у людей. Такие исследования, возможно, должны меньше сосредотачиваться на генетических вариантах, которые влияют на экспрессию генов при поиске мишеней для лекарств.
«Почти все распространенные болезни человека — это болезни старения: болезнь Альцгеймера, рак, болезни сердца, диабет. Все эти заболевания увеличивают свою распространенность с возрастом», — сказал он.
«Огромное количество государственных ресурсов было потрачено на выявление генетических вариантов, которые предрасполагают вас к этим заболеваниям. Наше исследование показывает, что, на самом деле, когда вы становитесь старше, гены имеют меньшее значение для экспрессии ваших генов. И поэтому, возможно, нам нужно помнить об этом, когда мы пытаемся определить причины этих болезней старения»
Судмант и его коллеги сообщили о своих результатах на этой неделе в журнале Nature Communications .
Гипотеза Медавара
Полученные данные согласуются с гипотезой Медавара: гены, которые включаются, когда мы молоды, более ограничены эволюцией, потому что они имеют решающее значение для обеспечения нашего выживания и размножения, в то время как гены, проявляющиеся после того, как мы достигнем репродуктивного возраста, находятся под меньшим эволюционным давлением. Таким образом, можно было бы ожидать гораздо большего разнообразия в том, как экспрессируются гены в более позднем возрасте.
Мы все стареем по-разному, — сказал Судмант. «В то время как молодые люди ближе друг к другу с точки зрения паттернов экспрессии генов, пожилые люди находятся дальше друг от друга. Это похоже на дрейф во времени, поскольку паттерны экспрессии генов становятся все более и более неустойчивыми».
По словам Судманта, это исследование является первым, в котором рассматривается как старение, так и экспрессия генов в таком большом разнообразии тканей у людей. Он и его коллеги построили статистическую модель для оценки относительной роли генетики и старения в 27 различных тканях человека из почти 1000 человек и обнаружили, что влияние старения сильно различается — более чем в двадцать раз — и это среди тканей.
Для всех тканей вашего тела генетика имеет примерно одинаковое значение. Не похоже, что она играет большую роль в той или иной ткани», — сказал он.
«Но старение сильно различается между разными тканями. В вашей крови, толстой кишке, артериях, пищеводе, жировой ткани возраст играет гораздо более важную роль, чем генетика особенно, в управлении паттернами экспрессии генов».
Судмант и его коллеги также обнаружили, что гипотеза Медавара не верна для всех тканей. Удивительно, но в пяти типах тканей эволюционно важные гены экспрессировались на более высоких уровнях у пожилых людей.
«С эволюционной точки зрения нелогично, что эти гены должны включаться, пока вы внимательно не посмотрите на эти ткани», — сказал Садмант.
Эти пять тканей постоянно обновляются на протяжении всей нашей жизни, а также вызывают наибольшее количество раковых заболеваний. Каждый раз, когда эти ткани заменяют себя, они рискуют создать генетическую мутацию, которая может привести к заболеванию.
Думаю, это немного говорит нам о пределах эволюции», — сказал он. «Ваша кровь, например, всегда должна размножаться, чтобы вы жили, и поэтому эти сверхконсервативные, очень важные гены должны включаться в конце жизни.
«Это проблематично, потому что это означает, что эти гены будут восприимчивы к соматическим мутациям и навсегда включатся плохим, раковым способом. Таким образом, это дает нам некоторое представление о том, на что похожи ограничения жизни. Это ограничивает нашу способность продолжать жить».
Судмант отметил, что исследование косвенно указывает на влияние на старение окружающей среды, то есть на влияние всего, кроме возраста и генетики: воздуха, которым мы дышим, воды, которую мы пьем, пищи, которую мы едим, а также уровня наших физических упражнений. Окружающая среда составляет до трети изменений экспрессии генов с возрастом.
Судмант проводит аналогичные анализы экспрессируемых генов у нескольких других организмов — летучих мышей и летучих мышей — чтобы увидеть, чем они отличаются и связаны ли эти различия с разной продолжительностью жизни этих животных.
О новостях исследования старения и генетики (англ)
Original Research: Open access.
“Tissue-specific impacts of aging and genetics on gene expression patterns in humans” by Peter Sudmant et al. Nature Communications
Перевод Юртаев А.
