Результаты исследования, опубликованного в журнале Nature, открывают новые возможности для изучения старения и поиска способов борьбы с нейродегенеративными заболеваниями.

Как мышцы помогают организму стареть медленнее

О том, что понижение температуры может увеличивать продолжительность жизни, биологи знают больше ста лет. Подобный эффект наблюдали у червей, плодовых мушек, рыб и некоторых млекопитающих. Долгое время его объясняли замедлением обмена веществ: в холоде химические реакции протекают медленнее, а значит, организм постепенно изнашивается.

Однако новые исследования показывают, что дело не только в скорости обмена веществ. Холод способен включать специальные механизмы клеточной защиты, которые активно противодействуют возрастным изменениям.

Чтобы разобраться в их работе, команда профессора Давида Вильчеса провела эксперименты с микроскопическими круглыми червями Caenorhabditis elegans. Эти организмы живут всего несколько недель, поэтому позволяют сравнительно быстро изучать процессы старения.

Когда температуру среды снизили с обычных для лабораторного содержания 20 до 15 градусов Цельсия, в мышцах червей резко увеличилась активность фермента CAT-4. Он участвует в производстве вещества под названием дигидробиоптерин, или BH2.

Выяснилось, что мышцы не просто используют это соединение для собственных нужд. Они вырабатывают его и передают другим тканям, включая кишечник и нервную систему. Там BH2 превращается в активную форму BH4, которая помогает клеткам синтезировать аминокислоту тирозин.

Эта цепочка реакций поддерживает работу клеточных систем, отвечающих за состояние белков. С возрастом белки могут терять правильную структуру, слипаться и образовывать скопления, нарушающие работу клеток. Запущенный холодом механизм помогает ограничивать накопление таких повреждений.

Когда учёные нарушали отдельные звенья обнаруженной цепочки, положительное влияние низкой температуры на продолжительность жизни червей ослабевало. Это подтвердило, что процесс действительно участвует в защите организма от старения.

Продлить жизнь удалось даже без холода

Следующий эксперимент позволил проверить, обязательно ли для запуска защитного механизма понижать температуру.

Исследователи генетически усилили выработку фермента CAT-4 непосредственно в мышцах червей. В результате производство BH2 увеличилось, а защитные процессы активизировались в других тканях.

Такие черви жили дольше даже при обычной и повышенной температуре. Кроме того, у них уменьшалось накопление патологических белков, а клетки нервной системы и кишечника лучше сохраняли свои функции.

Положительное влияние на продолжительность жизни показало и добавление тирозина — одного из конечных продуктов обнаруженной биохимической цепочки.

Таким образом, исследователям удалось отделить часть эффектов холода от самого охлаждения. Организм получал преимущества благодаря активации определённого обменного процесса, а не просто потому, что находился при более низкой температуре.

Особенно важной оказалась роль мышц. Обычно их рассматривают прежде всего как органы движения, но новая работа показала, что они могут выступать своеобразным центром управления защитными процессами во всём организме.

Что это открытие означает для человека

Исследователи проверили действие обнаруженных веществ на культурах человеческих клеток, моделирующих болезни Хантингтона и боковой амиотрофический склероз (БАС).

Оба заболевания связаны с нарушениями работы нервной системы и накоплением аномальных белков. При болезни Хантингтона повреждаются нейроны головного мозга, а при БАС постепенно разрушаются нервные клетки, управляющие мышцами.

Добавление BH2 или тирозина уменьшало образование патологических белковых скоплений в клеточных моделях этих заболеваний. В отдельных экспериментах исследователи также наблюдали признаки защиты двигательных нейронов от гибели.

Это особенно обнадёживающий результат, поскольку накопление неправильно свёрнутых белков считается одной из важных причин клеточных нарушений при старении и нейродегенеративных болезнях.

Впрочем, пока речь идёт об опытах на червях и отдельных человеческих клетках. Учёным ещё предстоит выяснить, насколько эффективно и безопасно обнаруженный механизм можно использовать в организме человека.

Ранее RidLife рассказывал об исследовании Оттавского университета, показавшем, что регулярное погружение в холодную воду влияет на клеточные механизмы очистки от повреждённых компонентов. Новая работа помогает понять, какие биохимические сигналы могут участвовать в подобных защитных реакциях.