Несовершенная коммуникация между органами может приводить к старению

Несовершенная коммуникация между органами может приводить к старению

Исследования показывают, что органы нашего тела должны постоянно обмениваться сигналами для поддержания гомеостаза и здоровья. Однако с возрастом эти сигнальные пути начинают работать менее эффективно, что приводит к различным заболеваниям и ускоренному старению.

Одна из ключевых идей заключается в том, что органы не просто работают автономно, а тесно взаимодействуют через сложные сети сигналов, которые регулируют их функции. Например, гормоны, выделяемые одним органом, могут воздействовать на другие органы, изменяя их работу и общую физиологию организма. Когда эти сигнальные пути нарушаются, это может привести к таким заболеваниям, как диабет, сердечно-сосудистые болезни и другие состояния, связанные с возрастом.

Исследователи из Сан-Диего и Университета Калифорнии обнаружили новый механизм, который используется для удаления неправильно функционирующей митохондриальной ДНК (мДНК) изнутри митохондрий. Когда это происходит, мДНК помечается как чужеродная ДНК и активирует клеточный путь, обычно используемый для инфекционных воспалительных реакций. Это открытие предлагает новые цели для терапевтических вмешательств, направленных на снижение воспаления при старении и заболеваниях, таких как системная красная волчанка или ревматоидный артрит. 

Генетическая модификация, которую произвели исследователи, усилила ключевой сигнал связи между мозгом животных и их телом. Благодаря этой модификации определенная группа нейронов в гипоталамусе, центре физиологического контроля в глубине мозга, оставалась активной по мере взросления животных. Команда Имаи обнаружила, что эти нейроны посылают сигналы в жировые запасы животного через симпатическую нервную систему - сеть нервов, передающих сообщения от мозга по всему телу. В ответ на этот сигнал жир мыши сжигает липиды и выделяет сигнал дальнего действия, известный как NAMPT, который предотвращает старение в других частях тела, включая сам гипоталамус.
 
Нейроны, посылающие первоначальный сигнал, обычно ослабевают с возрастом у мышей, обнаружила группа Имаи. «В итоге, - говорит он, - жировые запасы „не могут получить должной стимуляции“, и животные накапливают жир, становятся малоподвижными и вырабатывают меньше NAMPT. Другими словами, нарушение коммуникации способствует физическому упадку. Противодействие этому, похоже, сохраняет мышам бодрость.
 
Как это работает?
 
Митохондрии – это “энергетические заводы” клеток, каждая из которых содержит свою собственную митохондриальную ДНК (мДНК). мДНК – это уникальный набор генетических инструкций, полностью отличный от ядерной ДНК клетки, который митохондрии используют для создания энергии.
 
Когда мДНК остается внутри митохондрий, это поддерживает их здоровье и здоровье клеток. Однако, если мДНК попадает туда, где не должно, это может вызвать иммунный ответ, способствующий воспалению.
 
Исследователи обнаружили, что мДНК покидает митохондрии через мембранные структуры, называемые эндосомами. После этого мДНК помечается как чужеродная ДНК и активирует клеточный путь, обычно используемый для борьбы с инфекциями. Это открытие может помочь разработать новые методы лечения, направленные на снижение воспаления при старении и различных заболеваниях.

Если межорганные каналы связи, изученные на животных, окажутся столь же мощными у людей, они смогут вдохновить на новые способы лечения конкретных заболеваний и, возможно, даже противостоять старению как таковому. Ли, например, предполагает новые методы лечения нейродегенерации, основываясь на своих исследованиях связей между мозгом и отдаленными тканями у плодовых мушек. Потенциальные методы лечения часто не могут преодолеть гематоэнцефалический барьер - защитный слой, ограждающий орган. Но работа его команды предполагает, что вместо этого врачи могут лечить более легкодоступный орган, который затем передаст необходимые вещества в мозг через сообщения, способные преодолеть барьер, говорит он.
 
Из тысяч межорганных сообщений, проходящих через организм, несколько выделяются как наиболее перспективные для терапии. Остеокальцин, гормон, вырабатываемый костями и являющийся одним из самых распространенных белков в организме, может возглавить эту группу. Изначально ученые предполагали, что эта молекула укрепляет скелет и что ее потеря приведет к слабости костей. Но когда в середине 1990-х годов Жерар Карсенти, генетик и физиолог из Колумбийского университета, и его коллеги генетически изменили мышей так, чтобы у них не было остеокальцина, «их скелеты были прекрасны», - говорит он.

Дальнейшее развитие этого удивительного результата показало, что вместо укрепления костей остеокальцин вызывает целый ряд метаболических эффектов, в том числе стимулирует печень выделять больше инсулина и подстегивает мышцы поглощать глюкозу во время тренировок. В 2013 году команда Карсенти поразила других исследователей, показав, что мыши, лишенные остеокальцина, не справляются со стандартным тестом на память, что говорит о том, что этот сигнал также имеет решающее значение для когнитивной деятельности.
 
Учитывая многочисленные положительные эффекты остеокальцина, «он мог бы противодействовать некоторым проявлениям старения», - говорит Карсенти. Сейчас он и его коллеги изучают мышей, генетически сконструированных так, чтобы вырабатывать дополнительное количество этого белка, чтобы определить, проживут ли они дольше. Генная инженерия вряд ли может быть практической мерой борьбы со старением у людей, но ученые также разработали молекулу, которая повышает уровень остеокальцина у мышей. Если соединение будет безопасным для мышей и улучшит их здоровье, можно будет провести испытания на людях, говорит Карсенти.

Имаи считает, что открытия его команды о гипоталамусе и NAMPT также могут стать основой для новых методов лечения. NAMPT, высвобождающийся из жира, упаковывается в липидные сферы, называемые внеклеточными везикулами (EVs). Исследователи показали, что вливание EV, наполненных NAMPT, от молодых мышей позволяет пожилым грызунам жить на 10% дольше. Имаи предполагает, что EV людей можно будет собирать и замораживать. Пожилые пациенты, нуждающиеся в энергетической подпитке или пытающиеся замедлить старение, могли бы получать инфузии сохраненных EVs - по сути, дозу собственной молодости. «Это можно делать через месяц [после сбора], через 6 месяцев или даже через год», - говорит он.
 
Как и другие возможные стратегии использования межорганной коммуникации для борьбы со старением, стратегия Имаи остается лишь мечтой, основанной на дразнящих подсказках, полученных от мух и мышей. Пока же он и другие исследователи пытаются расшифровать, что органы говорят друг другу, и какие ключи к молодости и смертности скрыты в этой болтовне.

Источник: Faulty communication between organs could make us old | Science | AAAS

«Вам не нужно сверхъестественное. Природа и так прекрасна - от нее захватывает дух»

Дэниел Деннет

Файлы

Эволюционная психология. Секреты поведения Homo sapiens

От диктатуры к демократии

Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!

Фейнмановские лекции по физике