Γιατί Γερνάμε; Το Μοντέλο του Γενετικού Διακόπτη

Περίληψη

Για πολλά χρόνια, η γήρανση θεωρούνταν μια αναπόφευκτη πορεία συσσώρευσης ζημιών, μια αργή φθορά που δεν μπορούσε να αποφευχθεί. Σήμερα, η επιστήμη βλέπει αυτήν τη διαδικασία διαφορετικά.Έρευνες δείχνουν ότι η γήρανση δεν είναι τυχαία, αλλά σε μεγάλο βαθμό γενετικά προγραμματισμένη. Μάλιστα, αλλαγές σε μεμονωμένα γονίδια έχουν δείξει ότι μπορούν να πολλαπλασιάσουν το προσδόκιμο ζωής οργανισμών-μοντέλων, όπως σκουλήκια και ποντίκια (Friedman and Johnson, 1988; Kenyon et al., 1993; Wong et al., 1995).

Αυτό οδηγεί σε μια νέα υπόθεση:η γήρανση ίσως λειτουργεί σαν ένας γενετικός διακόπτης.Μετά την ολοκλήρωση της αναπαραγωγής, ο οργανισμός απενεργοποιεί τις βιολογικές οδούς που σχετίζονται με επισκευή, συντήρηση και άμυνα, οδηγώντας σε προοδευτική παρακμή.Αν κατανοήσουμε αυτές τις οδούς, ίσως μπορέσουμε στο μέλλον να «γυρίσουμε τον διακόπτη», παρατείνοντας όχι μόνο τη ζωή αλλά και την υγεία μας.

Εισαγωγή – Το τέλος της θεωρίας της ελεύθερης ρίζας

Η ερώτηση «Τι προκαλεί τη γήρανση;» παραμένει ένα από τα πιο μεγάλα μυστήρια της επιστήμης.Για πολλά χρόνια, η κυρίαρχη εξήγηση ήταν η θεωρία της ελεύθερης ρίζας (FRTA) (Harman, 1956).Σύμφωνα με αυτήν, η γήρανση οφείλεται σε αντιδραστικά είδη οξυγόνου (ROS) που παράγονται από τον μεταβολισμό.Αυτά τα μόρια βλάπτουν σταδιακά τα κύτταρα και τα γονίδιά μας, με αποτέλεσμα η βλάβη να συσσωρεύεται και να οδηγεί σε κυτταρική δυσλειτουργία και γήρανση.

Με απλά λόγια:

Η FRTA έλεγε ότι η γήρανση είναι σαν το «σκουριάσμα» ενός μηχανήματος. Όσο περνούν τα χρόνια, η ζημιά μαζεύεται μέχρι που το σώμα δεν αντέχει άλλο.

Όμως, νεότερες έρευνες έδειξαν ότι η πραγματικότητα είναι πιο σύνθετη:

• Η οξειδωτική βλάβη δεν μειώνει πάντα τη διάρκεια ζωής (Yang et al., 2007).

• Ακόμα και υψηλά επίπεδα ROS μπορεί να συνυπάρχουν με μακροζωία (Van Raamsdonk and Hekimi, 2009).

• Σε μικρές δόσεις, τα ROS μπορεί να ενεργοποιούν αμυντικούς μηχανισμούς, προστατεύοντας τον οργανισμό (Schieber and Chandel, 2014; Shadel and Horvath, 2015).

Παράδειγμα: Τα ROS μπορούν να ενεργοποιήσουν την αντιοξειδωτική απόκριση SKN-1/NRF2 και να παρατείνουν τη ζωή (Hourihan et al., 2016).

Συμπέρασμα: Η οξειδωτική βλάβη αυξάνεται με την ηλικία, αλλά δεν είναι η κύρια αιτία της γήρανσης.Η FRTA δεν αρκεί για να εξηγήσει πλήρως το φαινόμενο, ανοίγοντας τον δρόμο για νέες θεωρίες.

1. Η γήρανση είναι γενετικά προγραμματισμένη

Στις δεκαετίες του 1980 και 1990, πειράματα με το σκουλήκι Caenorhabditis elegans άλλαξαν την κατανόησή μας για τη γήρανση.Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι μεταλλάξεις σε ένα μόνο γονίδιο μπορούν να αυξήσουν δραματικά τη διάρκεια ζωής, σε μερικές περιπτώσεις δέκα φορές περισσότερο (Ayyadevara et al., 2008).

Παρόμοια ευρήματα παρατηρήθηκαν και σε ζυμομύκητες, μύγες και ποντίκια (Bitto et al., 2015).Συνολικά έχουν ταυτοποιηθεί:

• 270 γονίδια σε ζυμομύκητες

• 570 σε σκουλήκια

• 108 σε μύγες

• 50 σε ποντίκια που σχετίζονται με τη μακροζωία (Tacutu et al., 2013, genomics.senescence.info).

Με απλά λόγια:

Με απλά λόγια: Η φύση έχει ήδη τον «κώδικα» για μεγαλύτερη ζωή.Όμως, κάτι μέσα μας ενεργοποιεί έναν «γενετικό διακόπτη» που περιορίζει αυτή τη δυνατότητα.

2. Παρεμβάσεις σε ενήλικα ζώα μπορούν να παρατείνουν τη ζωή

Ένα μεγάλο ερώτημα ήταν αν μπορούμε να επηρεάσουμε τη γήρανση αφού ολοκληρωθεί η ανάπτυξη.Τα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά:

• Μείωση της σηματοδότησης ινσουλίνης/IGF-1 μπορεί να διπλασιάσει τη ζωή των σκουληκιών (Friedman and Johnson, 1988; Kenyon et al., 1993).

• Χορήγηση ραπαμυκίνης σε ποντίκια παρατείνει τη ζωή τους, ακόμη και όταν αρχίζει σε προχωρημένη ηλικία (Harrison et al., 2009; Bitto et al., 2016).

• Περιορισμός της μεθειονίνης στη διατροφή αυξάνει τη διάρκεια ζωής ακόμη και όταν ξεκινά αργά (Sun et al., 2009).

• Παραβίωση: η ένωση του κυκλοφορικού συστήματος νεαρών και ηλικιωμένων ποντικιών έδειξε ότι το αίμα των νεαρών αναζωογονεί τους ιστούς των γηραιών (Katsimpardi et al., 2014; Sinha et al., 2014).

• Ήπιο θερμικό στρες διάρκειας 2 ωρών αρκεί για να αυξήσει τη ζωή των σκουληκιών (Dues et al., 2016; Lithgow et al., 1995).

Με απλά λόγια:

Με απλά λόγια: Η γήρανση δεν είναι μοιραία και αμετάβλητη.Ακόμα και σε μεγάλη ηλικία, μπορούμε να «ξυπνήσουμε» μηχανισμούς που επαναφέρουν νεανικές λειτουργίες.

3. Ο ρόλος της επιγενετικής

Η επιγενετική είναι το σύστημα που ελέγχει ποια γονίδια είναι «ενεργά» ή «σιωπηλά».Δεν αλλάζει το DNA, αλλά ρυθμίζει την έκφρασή του.

• Σε σκουλήκια, η μείωση γονιδίων που σχετίζονται με τη μεθυλίωση ιστονών αύξησε τη ζωή τους (Greer et al., 2010).

• Αυτή η αλλαγή κληρονομήθηκε σε τέσσερις επόμενες γενιές (Greer et al., 2011).

• Στα ποντίκια, η αύξηση της ιστονικής αποακετυλάσης SIRT6 παρατείνει τη ζωή (Kanfi et al., 2012).

• Ο κυτταρικός επαναπρογραμματισμός μπορεί να αντιστρέψει σημάδια γήρανσης (Ocampo et al., 2016).

• Το «επιγενετικό ρολόι» δείχνει ότι μπορούμε να μετρήσουμε τη βιολογική ηλικία με βάση τη μεθυλίωση του DNA (Horvath, 2013).

Με απλά λόγια:

Με απλά λόγια: Η επιγενετική είναι σαν ένας πίνακας ελέγχου.Αν μάθουμε να χειριζόμαστε τα «κουμπιά» του, μπορούμε να παρατείνουμε τη ζωή και να καθυστερήσουμε τη φθορά.

4. Η πτώση της αντοχής στο στρες

Η ικανότητα του οργανισμού να αντέχει στρεσογόνους παράγοντες είναι κεντρική για τη μακροζωία (Miller, 2009).Πειράματα έδειξαν ότι η αντοχή αυτή πέφτει απότομα λίγο μετά την αναπαραγωγή (Bansal et al., 2015; Dues et al., 2016; Labbadia and Morimoto, 2015).

Με απλά λόγια:

Με απλά λόγια: Η φύση «επενδύει» στην προστασία του οργανισμού μόνο μέχρι να κάνει απογόνους.Μετά, οι αμυντικοί μηχανισμοί σιγά-σιγά απενεργοποιούνται, ανοίγοντας τον δρόμο στη γήρανση.

5. Το Μοντέλο του Γενετικού Διακόπτη

Όλα τα παραπάνω μας οδηγούν σε μια νέα θεωρία:Η γήρανση είναι αποτέλεσμα ενός γενετικού διακόπτη που «κλείνει» κρίσιμες λειτουργίες του σώματος μετά την αναπαραγωγή.

• Πριν την αναπαραγωγή, οι μηχανισμοί επισκευής και άμυνας λειτουργούν στο μέγιστο, κρατώντας τον οργανισμό υγιή και δυνατό.

• Μετά την αναπαραγωγή, αυτοί οι μηχανισμοί σταδιακά απενεργοποιούνται.Έτσι, αρχίζει η συσσώρευση βλαβών, αυξάνονται οι ασθένειες και τελικά έρχεται ο θάνατος.

Από εξελικτική σκοπιά, αυτό είναι λογικό:Η φύση προτιμά να κατευθύνει πόρους στους απογόνους, ώστε να εξασφαλίσει τη συνέχεια των γονιδίων (Williams, 1957).

Με απλά λόγια:

Με απλά λόγια: Η γήρανση είναι προγραμματισμένη διαδικασία.Το σώμα μας λειτουργεί τέλεια όσο χρειάζεται για να αναπαραχθούμε. Μετά, ο «διακόπτης» γυρίζει και η φθορά επιταχύνεται.

Συνολική εικόνα

Η γήρανση δεν είναι απλά αποτέλεσμα τυχαίας φθοράς.Είναι προγραμματισμένη και ελέγχεται από γονίδια και επιγενετικούς μηχανισμούς.Αν κατανοήσουμε αυτόν τον «γενετικό διακόπτη», μπορούμε να αναπτύξουμε στρατηγικές για παράταση της ζωής και της υγείας, βελτιώνοντας την ποιότητα ζωής σε κάθε ηλικία.