Na łamach czasopisma „Cell” ukazała się praca podsumowująca 13-letnie, międzynarodowe badania na myszach. Jej autorzy sugerują, że proces starzenia w największym stopniu zależy od zmian epigenetycznych - a nie genetycznych, jak uważano. Ważną implikacją jest również to, że przywrócenie integralności epigenomu może odwrócić oznaki starzenia.
- Nasze badanie jest pierwszym, które pokazuje, że zmiany epigenetyczne są główną przyczyną starzenia się ssaków - podkreśla główny autor artykułu prof. David Sinclair z Harvard Medical School.
Obszerna seria eksperymentów przeprowadzonych przez jego zespół potwierdziła, że zmiany DNA nie są jedyną, ani nawet główną przyczyną starzenia. Odkrycie sugeruje raczej, że to chemiczne i strukturalne modyfikacje w obrębie chromatyny, czyli kompleksu DNA i białek tworzącego chromosomy, napędzają starzenie się.
Funkcjonowanie organizmów zależy od interakcji między genomem, epigenomem i maszynerią komórkową, które można porównać odpowiednio do oprogramowania i hardware’u. Do tej pory nie wiadomo było, czy to bardziej awaria oprogramowania, czy sprzętu powoduje starzenie się. Przez kilkadziesiąt lat naukowcy skłaniali się ku teorii, że wynika ono przede wszystkim z utraty informacji genetycznej spowodowanej nagromadzeniem uszkodzeniami w obrębie DNA, głównie mutacji, które z czasem uniemożliwiają prawidłowe funkcjonowanie coraz większej liczby genów. To z kolei powoduje, że komórki tracą swoją tożsamość, tkanki i narządy ulegają stopniowemu rozkładowi, rozwijają się choroby, a ostatecznie następuje śmierć.
Jednak w ostatnich latach coraz częściej kwestionuje się to założenie.
Jakiś czas temu odkryto na przykład, że niektórzy ludzie oraz myszy z wysokim wskaźnikiem mutacji wcale nie wykazują oznak przedwczesnego starzenia się. W innym badaniach zaobserwowano, że często w "starych" komórkach jest bardzo mało mutacji lub nie ma ich wcale.
Naukowcy zaczęli się zastanawiać, co jeszcze poza zmianami w DNA mogłoby powodować starzenie. Wśród potencjalnych winowajców znalazły się zmiany epigenetyczne.
Epigenetyka to nauka zajmująca się badaniem zmian ekspresji genów, które nie są związane ze zmianami w sekwencji DNA. To ona powoduje, że komórki zawierające ten sam zestaw genów, różnicują się w poszczególne tkanki i narządy. Innymi słowy: czynniki epigenetyczne regulują, które geny są aktywne lub nieaktywne w danej komórce, w danym momencie. - Epigenetyka jest jak system operacyjny komórki, który mówi jej, jak inaczej wykorzystywać ten sam materiał genetyczny – wyjaśniają autorzy omawianego badania.
Już pod koniec lat 90-tych XX w. wykazali oni, że u drożdży i ssaków starzeniu towarzyszą zmiany epigenetyczne. Jednak nie byli w stanie powiedzieć, czy to owe zmiany spowodowały starzenie się, czy też były jego konsekwencją.
Dopiero w najnowszym badaniu zespół Sinclaira był w stanie oddzielić zmiany epigenetyczne od genetycznych i potwierdzić, że to utrata informacji epigenetycznych w rzeczywistości przyczynia się do starzenia myszy.
Główny eksperyment polegał na stworzeniu tymczasowych, szybko gojących się "nacięć" w DNA zwierząt. Naśladowały one drobne pęknięcia w chromosomach, których każdego dnia doświadczają komórki ssaków w odpowiedzi na takie czynniki jak oddychanie, ekspozycja na słońce, promieniowanie kosmiczne oraz kontakt z niektórymi chemikaliami. Indukowano je w sposób, który miał imitować życie w przyspieszonym tempie. Co ważne dotyczyły one przeważnie niekodujących regionów DNA
Szybko okazało się, że zmiany w obrębie DNA nie powodowały nasilonego starzenia. Dopiero, gdy zakłócono działanie czynników epigenetycznych, a epigenom stał się zdezorganizowany i zaczął tracić swoje pierwotne informacje, gryzonie zaczęły wyglądać staro i zachowywać się w sposób charakterystyczny dla bardziej zaawansowanego wieku. Funkcje ich tkanek pogorszyły się, organy zaczęły chorować.
Następnie naukowcy poddali myszy terapii odwracającej zmiany epigenetyczne. - To było jak restart źle działającego komputera - cieszy się prof. Sinclair. - Narządy i tkanki zwierząt powróciły do młodzieńczego stanu.
Zdaniem badacza odkrycie to potwierdza hipotezę, że komórki ssaków utrzymują rodzaj kopii zapasowej oprogramowania epigenetycznego, która w odpowiednich warunkach pozwala starzejącej się komórce na ponowne przywrócenie jej młodzieńczego, zdrowego stanu.
- Nasz wniosek jest taki, że manipulując epigenomem możemy napędzać starzenie lub je cofać - podsumowuje autor publikacji.
Dodaje, że istnieją już sposoby manipulowania epigenomem, takie jak leki i małocząsteczkowe substancje chemiczne. - Ta praca otwiera drzwi do zastosowania różnych metod odmładzania komórek i tkanek - mówi.
Sinclair ma nadzieję, że odkrycie jego grupy zainspiruje innych naukowców do zajęcia się tematem kontrolowania starzenia się ludzi i zapobiegania patologiom związanym z wiekiem, np. chorobom sercowo-naczyniowym, cukrzycy typu 2, neurodegeneracji i osłabieniu ciała.
- To wszystko są przejawy starzenia, które próbujemy leczyć lekami, kiedy się pojawią - czyli gdy już jest za późno - mówi. - Naszym celem jest zaś zajęcie się podstawowymi przyczynami starzenia, co pozwoli ludziom dłużej cieszyć się pełnią zdrowia. Chodzi nam zarówno o wydłużenie życia, jak i o liczbę lat w sprawności, wigorze i dobrym stanie ogólnym.
Na zakończenie profesor podkreśla, że do zastosowania medycznego opisanego tu odkrycia jest jeszcze daleko, konieczne są szeroko zakrojone eksperymenty na modelach komórkowych i zwierzęcych, ale cechą naukowców powinno być myślenie przyszłościowe i dążenie do realizacji wielkich marzeń.