В зародышах млекопитающих нашли признаки омоложения сразу после оплодотворения

Нейросети, ИИ и Роботы

Технологии / Нейросети, ИИ и Роботы 190 Просмотров

Биологи из& Гарварда измерили эпигенетический возраст у& зародышей человека и& мыши и& обнаружили, что в& ходе развития он& изменяется линейно. Сразу после оплодотворения он& снижается, то& есть клетки становятся моложе. При этом они сбрасывают со& своей ДНК прежние метильные метки и& обзаводятся новыми. Затем, примерно со& второй недели развития у& мыши возраст снова увеличивается. Именно в& этот момент, по& мнению исследователей, в& организме начинаются процессы старения. Две статьи (первая, вторая), посвященные этой проблеме, опубликованы на& портале нерецензируемых препринтов bioRxiv.

В& учебниках биологии жизнь и& развитие нового организма& — по& крайней мере, если речь идет о& животных& — обычно отсчитывают с& момента оплодотворения. Но& не& все ученые с& этим согласны. В& тексте «14& дней спустя» мы& рассказывали о& том, что нулевую точку человеческой жизни можно определить несколькими способами: например, по& моменту запуска собственных генов зародыша или по& дате первого сердцебиения. Есть еще и& один вариант: если считать, что жизнь& — это движение от& начала старения до& смерти, то& начало жизни будет совпадать с& началом старения.

Многие геронтологи связывают старение с& неизбежными биохимическими процессами в& клетке& — накоплением молекулярного мусора и& мутаций. С& этой точки зрения старение (а& вместе с& ним и& жизнь) должно& бы начинаться с& момента оплодотворения& — когда образуется новая клетка, которая начинает накапливать собственные дефекты. Однако биолог Вадим Гладышев (Vadim Gladyshev) из& Гарвардской медицинской школы предположил, что организм может проходить нулевую точку старения и& позже. Поскольку в& оплодотворении участвуют половые клетки взрослого организма, то& они должны нести на& себе признаки его возраста, которые необходимо как-то стереть, чтобы зародыш начал развиваться с& нуля. Поэтому после оплодотворения должны запускаться процессы омоложения, которые приводят зародыш в& его нулевую точку.

Концепция "нулевой точки старения"

V. N. Gladyshev / Trends in Mol Med, 2020

Однако выяснить, где эта точка находится, тоже непросто& — поскольку у& старения есть множество признаков, определений и& критериев. Можно, например, измерять его по& динамике смертности: если организмы в& популяции в& какой-то момент своей жизни умирают чаще, чем в& предыдущий, значит, они постарели. Но, по& крайней мере, с& зародышами млекопитающих этот критерий применить очень сложно. Во-первых, они развиваются внутри организма матери, где трудно измерять смертность. Во-вторых, на& ранних этапах развития они умирают «от& старости» так редко, что это практически незаметно на& фоне смертности от& аномалий развития и& тяжелых мутаций.

Поэтому группа Гладышева подошла к& проблеме с& другой стороны: они измерили в& зародышах млекопитающих эпигенетический возраст. Его оценивают по& набору меток (метильных групп), которые появляются и& исчезают на& определенных участках ДНК в& течение жизни организма и& делают эти участки более или менее доступными для считывания информации. Существует множество моделей, которые «переводят» набор меток в& конкретном образце в& относительный возраст& — их& называют эпигенетическими часами. Исследователи использовали несколько эпигенетических часов, разработанных их& предшественниками, а& также создали две собственных модели: одна опирается на& метки на& рибосомальных генах в& ДНК, а& другая позволяет рассчитать эпигенетический возраст отдельных клеток.

С& помощью всех этих моделей они исследовали базы данных по& эпигенетическим маркерам в& зародышах мышей. Оказалось, что в& первые дни после оплодотворения эпигенетический возраст зародышей падает& — вне зависимости от& того, с& помощью каких часов он& измерен& — и& достигает минимума на& 8-й день. Но& потом& — по& крайней мере, с& 10-го дня& — он& начинает снова расти и& уже не& прекращает это делать вплоть до& появления мыши на& свет. Таким образом, можно считать, что в& первую неделю развития зародыш мыши становится моложе.

Так снижается биологический возраст клеток в зародыше мыши к восьмому дню развития. Его оценивали с помощью эпигенетических часов, натренированных на клетках печени (b) или нескольких тканей (c).

Trapp et al. / bioRxiv, 2021

Исследователи измерили общий уровень метилирования ДНК в& клетках и& заметили, что на& 4,5 день он& минимален. То& есть число меток на& ДНК тоже сначала падает, а& затем растет, но& его минимум приходится на& три дня раньше, чем «ноль» эпигенетического возраста. Авторы работы предположили, что это изменение метилирования как раз отражает процесс избавления зародыша от& родительских меток. Сначала клетка снимает множество метильных групп со& своей ДНК, а& затем расставляет заново& — и& в& этом состоит суть эпигенетического омоложения.

Найти переломную точку, с& которой начинается старение, у& человеческих эмбрионов оказалось сложнее& — о& них нет такого количества данных. Тем не& менее исследователи заметили, что по& крайней мере с& восьмой недели развития эпигенетический возраст зародыша уже достоверно растет. А& в& культуре эмбриональных стволовых клеток (которые соответствуют примерно неделе развития) он& близок к& нулю. Это означает, что точка начала человеческого старения может лежать между первой и& восьмой неделями развития, точнее пока утверждать ничего нельзя. Однако авторы работы предполагают, что это может быть та& же стадия развития, что у& мышей на& 8-й день& — у& человека ей& соответствует начало третьей недели эмбриогенеза.

Впрочем, при более детальном рассмотрении картина может оказаться куда сложнее. Когда исследователи отрабатывали определение возраста отдельных клеток, то& заметили, что некоторые клетки выбиваются из& общей тенденции. Например, среди клеток печени 4-месячной мыши нашлись как клетки эпигенетическим возрастом 20& месяцев, так и& совсем «молодые», возрастом около нуля. Это может означать, что каждый раз, когда мы& определяем «средний возраст» ткани, мы& игнорируем микроскопические процессы старения и& омоложения, которые могут происходить в& отдельных ее& частях. Можно предположить, что и& внутри зародышей эпигенетический возраст изменяется неоднородно. А& значит, у& отдельных клеток начало старения (а& вместе с& ним и& начало жизни) может приходиться на& разные дни.

Эпигенетический возраст зародышевых фибробластов (слева), клеток молодой (посередине) и старой (справа) печени. Точки соответствуют отдельным клеткам, выбивающимся из общего возраста ткани.

Trapp et al. / bioRxiv, 2021

Ранее мы& писали и& о& других исследованиях эпигенетического возраста: например, о& том, что у& детей с& расстройствами аутистического спектра он& оказывается больше хронологического, и& о& том, как его впервые удалось снизить у& взрослого человека. А& еще с& помощью эпигенетических часов биологи научились более точно переводить собачий возраст в& человеческий.

Полина Лосева



Source: https://nplus1.ru/news/2021/03/24/aging-zero

Комментарии