Загадка лемуров: как спячка временно омолаживает ДНК

Внешние признаки старения, такие как дряблость кожи или поредение волос, знакомы многим, но возрастные изменения начинаются гораздо глубже – на уровне клеток и даже ДНК, которая со временем изнашивается. Однако некоторые живые существа нашли способ, по крайней мере временно, обращать этот процесс вспять. Новое исследование, проведенное специалистами из Duke University и University of California, San Francisco, показывает, что толстохвостый карликовый лемур с Мадагаскара способен «отматывать» часы клеточного старения во время своей ежегодной спячки.

Ключевую роль в этом играют теломеры – крошечные защитные колпачки на концах хромосом, похожие на пластиковые наконечники шнурков, предохраняющие их от распутывания. При каждом делении клетки небольшая часть теломер утрачивается, из-за чего с возрастом они укорачиваются. Факторы вроде хронического стресса, малоподвижного образа жизни и недостатка сна могут ускорять этот процесс. В конце концов, теломеры становятся настолько короткими, что перестают защищать хромосомы, и клетки теряют способность нормально функционировать.

Но карликовые лемуры, как выяснилось в ходе исследования, опубликованного в журнале Biology Letters, обладают уникальной способностью не только предотвращать укорочение теломер, но и удлинять их, эффективно омолаживая свои клетки на определенный период. Ведущий автор исследования Марина Бланко из Duke University объясняет, что все это происходит во время спячки. С наступлением зимы в дикой природе карликовые лемуры скрываются в дуплах деревьев или подземных норах, где проводят до семи месяцев в год в состоянии анабиоза.

Это стратегия выживания в периоды нехватки пищи. Во время этого метаболического замедления их сердечный ритм падает с примерно 200 ударов в минуту до менее чем восьми, температура тела снижается, и они делают лишь один вдох примерно каждые 10 минут. Лемуры могут находиться в этом состоянии около недели, после чего им необходимо ненадолго согреться – и именно в эти моменты, по иронии, они «досыпают». Затем они снова погружаются в оцепенение в ожидании возвращения благоприятного сезона.

В рамках исследования ученые наблюдали за 15 карликовыми лемурами в Duke Lemur Center до, во время и после спячки, анализируя мазки со слизистой щеки, чтобы отследить изменения длины теломер. Для стимуляции спячки в лаборатории температуру постепенно снижали с 25 до примерно 12-13 градусов Цельсия, имитируя зимние условия их естественной среды обитания, и предоставляли им искусственные норы. Одна группа животных имела доступ к пище, если просыпалась и была активна. Другая группа обходилась без еды, питья и движения на протяжении всего многомесячного сезона спячки, существуя за счет жировых запасов в хвостах, как это происходит в природе.

Обычно длина теломер со временем уменьшается из-за износа при клеточном делении. Однако генетическое секвенирование показало неожиданный результат: во время спячки теломеры лемуров не только не укорачивались, но и удлинялись. Исследователь Лайла Грин говорит, что результаты оказались противоположными ожидаемым. Она добавляет, что сначала они подумали, будто с данными что-то не так. Но соавтор из UCSF Дана Смит из лаборатории Элизабет Блэкберн, получившей Нобелевскую премию 2009 года за открытие механизма восстановления теломер, подтвердила эти выводы. Удлинение теломер было более выраженным у лемуров, которые испытывали более глубокие периоды оцепенения.

У лемуров же, которые просыпались для приема пищи, длина теломер оставалась относительно стабильной на протяжении всего исследования. Важно отметить, что эти изменения у лемуров были временными. Через две недели после выхода животных из спячки их теломеры вернулись к исходной длине, зафиксированной до начала гибернации.

Марина Бланко предполагает, что удлинение теломер может быть механизмом противодействия клеточным повреждениям, которые могли бы возникнуть во время периодических фаз пробуждения и согревания. Лайла Грин добавляет, что такие резкие метаболические «разгоны» от почти полной остановки до нормальной активности подвергают организм экстремальным нагрузкам. Подобное временное удлинение теломер недавно наблюдалось и у людей, перенесших стрессовые ситуации, например, проведших год на борту Международной космической станции или живших месяцами под водой.

Удлиняя теломеры, лемуры могут фактически увеличивать количество возможных делений своих клеток, тем самым продлевая их жизнь в стрессовый период, как считает Бланко. Похоже, этот механизм работает: карликовые лемуры могут жить почти вдвое дольше, чем другие приматы их размера. Например, галаго, примат схожего размера, не впадающий в спячку, живет около 12-13 лет, тогда как для толстохвостого карликового лемура зафиксирована продолжительность жизни почти до 30 лет.

Марина Бланко предостерегает, что долголетие и восстановление теломер могут быть связаны, но пока это не известно наверняка. Точный механизм удлинения теломер у лемуров также остается загадкой. Тем не менее, исследователи полагают, что разгадка этого секрета может помочь в разработке новых методов профилактики или лечения возрастных заболеваний у человека, не увеличивая при этом риски неконтролируемого деления клеток, которое может привести к раку.