Ζήσε γρήγορα, πέθανε νέος: Ισραηλινοί επιστήμονες συνδέουν γονίδιο ταχείας ανάπτυξης με την πρόωρη γήρανση στα ψάρια

Ισραηλινοί επιστήμονες δηλώνουν ότι ένα βασικό γονίδιο που βοηθά το αφρικανικό τιρκουάζ ψάρι killifish να αναπτύσσεται γρήγορα και να αναπαράγεται νωρίς μπορεί επίσης να συντομεύσει τη ζωή του και να αυξήσει τον κίνδυνο εμφάνισης καρκίνου, προσφέροντας νέα στοιχεία για μια θεωρία σχετικά με τη γήρανση που μετρά ήδη αρκετές δεκαετίες.
Οι ερευνητές εργάστηκαν με το ψάρι killifish επειδή «αποτελεί ένα μοναδικό μοντέλο που γηράσκει με εξαιρετικά γρήγορο ρυθμό», εξήγησε ο καθηγητής Ιταμάρ Χαρέλ από το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ. «Αυτό το ψάρι είναι σπονδυλωτό, ακριβώς όπως εμείς, αλλά γηράσκει φυσικά μέσα σε τέσσερις έως έξι μήνες».
Σε μια μελέτη αξιολογημένη από ομοτίμους που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Nature Communications, ο Χαρέλ και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν το εργαλείο γονιδιωματικής επεξεργασίας CRISPR για να τροποποιήσουν το γονίδιο VGLL3, το οποίο συνδέεται με την εφηβεία στους ανθρώπους, στο αφρικανικό τιρκουάζ killifish.
«Ο ίδιος μηχανισμός που οδηγεί ένα κύτταρο στην ωριμότητα σε ένα νεαρό σώμα, προκαλεί δυσλειτουργία στο σύστημα για να δημιουργήσει έναν όγκο σε ένα γερασμένο σώμα», δήλωσε τηλεφωνικά ο Χαρέλ στους Times of Israel.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα ψάρια με τροποποιημένο το γονίδιο VGLL3 εμφάνισαν αυξημένο πολλαπλασιασμό των βλαστικών κυττάρων, αναπτύχθηκαν ταχύτερα και έφτασαν σε σεξουαλική ωριμότητα νωρίτερα, ενισχύοντας έτσι το ποσοστό επιβίωσής τους και τις αναπαραγωγικές τους ικανότητες.
Ωστόσο, αυτά τα πλεονεκτήματα είχαν βαρύ τίμημα.
Η τροποποίηση είχε ως αποτέλεσμα κατά 15% μικρότερη διάρκεια ζωής στα αρσενικά ψάρια και κατά 7% μικρότερη διάρκεια ζωής στα θηλυκά ψάρια. Επιπλέον, υπήρχε μεγαλύτερος κίνδυνος για όγκους που προσομοιάζουν με μελάνωμα τόσο στα αρσενικά όσο και στα θηλυκά ψάρια.
Η μελέτη διεξήχθη με τον δρα Εϊτάν Μόζες και τη δρα Μάρβα Μπέργκμαν, οι οποίοι συμμετέχουν στο εργαστήριο του Χαρέλ στο Εβραϊκό Πανεπιστήμιο, σε συνεργασία με τον καθηγητή Ναμπίχ Αγιούμπ από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Technion-Israel και τον καθηγητή Αλεξέι Α. Μακλάκοφ από το Πανεπιστήμιο της Ανατολικής Αγγλίας.
Θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για την πρόληψη του καρκίνου και την έρευνα σχετικά με το πώς να διαχωριστούν οι βιολογικοί μηχανισμοί της υγιούς ανάπτυξης από τις ασθένειες της γήρανσης.
«Αναζητούμε μηχανισμούς που δεν παρατείνουν απαραίτητα τη διάρκεια της ζωής μας, αλλά ίσως παρατείνουν τη διάρκεια της υγείας μας για να μας δώσουν περισσότερα υγιή χρόνια», δήλωσε ο Χαρέλ.
Γενετικοί συμβιβασμοί
Ο Χαρέλ ανέφερε ότι η ομάδα ήθελε να κατανοήσει γιατί τα ζώα με σύντομη διάρκεια ζωής τείνουν να φτάνουν ταχύτερα σε σεξουαλική ωριμότητα.
Το εξέτασαν αυτό χρησιμοποιώντας το τιρκουάζ killifish και τροποποιώντας το γονίδιο VGLL3, το οποίο συνδέεται με το ύψος, το βάρος και την εφηβεία στους ανθρώπους και σε άλλα είδη.
Αυτό το γονίδιο λειτουργεί σαν βιολογικός διακόπτης, είπε ο Χαρέλ, επηρεάζοντας τον χρόνο της σεξουαλικής ωριμότητας.
Οι ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι η μία παρέμβαση επιτάχυνε την εφηβεία και τη σεξουαλική ωρίμανση, ενώ η άλλη την επιβράδυνε.
«Ήμασταν πραγματικά ενθουσιασμένοι, επειδή αυτό σήμαινε ότι είχαμε σχεδόν τον έλεγχο ενός θερμοστάτη», δήλωσε ο Χαρέλ.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το γονίδιο μπορεί να επηρεάζει όχι μόνο την εφηβεία, αλλά και τη συνολική ανάπτυξη.
«Ξαφνικά, τα ψάρια ήταν μεγαλύτερα, οι γονάδες τους ήταν μεγαλύτερες και είδαμε ότι πολλαπλασιάζονταν πολύ πιο γρήγορα», είπε ο Χαρέλ. «Τα πάντα είχαν επιταχυνθεί».
Σύντομα, τα ψάρια εμφάνισαν όλα τα χαρακτηριστικά της γήρανσης που «βλέπουμε στον εαυτό μας», ανέφερε ο Χαρέλ. «Υπήρχαν καταρράκτης και καρκίνος, απώλεια μυϊκής μάζας, γονιμότητας και γνωστική φθορά».
Στη συνέχεια, μια μέρα, όταν οι επιστήμονες μπήκαν στο δωμάτιο των ψαριών στο εργαστήριο, είδαν ότι πολλά από αυτά τα ψάρια με την επιταχυνόμενη ανάπτυξη «είχαν μια πολύ περίεργη κηλίδα στην ουρά τους, μια μαύρη κηλίδα, και αυτό μας φάνηκε σαν μελάνωμα», είπε ο Χαρέλ. «Είδαμε ότι επρόκειτο για καρκίνο σε προχωρημένο στάδιο».
«Υπήρχε ένα όφελος στην πρώιμη ζωή, το οποίο είχε ένα κόστος αργότερα στη ζωή», εξήγησε ο Χαρέλ.
Οι παρατηρήσεις των ερευνητών επιβεβαίωσαν τη θεωρία της ανταγωνιστικής πλειοτροπίας για τη γήρανση, είπε ο Χαρέλ, μια ιδέα που προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Αμερικανό βιολόγο Τζορτζ Ουίλιαμς το 1957.
«Αυτή η θεωρία της γήρανσης υποστηρίζει ότι οι γενετικές οδοί που παρέχουν πλεονεκτήματα φυσικής κατάστασης στη νεότητα γίνονται επιβλαβείς σε μεταγενέστερο στάδιο της ζωής, αφού η ανάπτυξη και η πρώιμη αναπαραγωγή έχουν ολοκληρωθεί», δήλωσε στους Times of Israel ο καθηγητής Χαΐμ Κοέν, διευθυντής του Κέντρου Υγιούς Ανθρώπινης Μακροζωίας Sagol στη Σχολή Επιστημών Ζωής Mina και Everard Goodman του Πανεπιστημίου Μπαρ-Ιλάν.
«Παραδόξως, ενώ αυτή η θεωρία έχει εδραιωθεί εδώ και δεκαετίες, η εμπειρική επικύρωση είχε περιοριστεί σε μεγάλο βαθμό σε μοντέλα κατώτερων οργανισμών, όπως οι σκώληκες και οι μύγες», δήλωσε ο Κοέν, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη του Χαρέλ.
«Ένας άμεσος αιτιώδης σύνδεσμος που να χαρτογραφεί τα αναπτυξιακά οφέλη της πρώιμης ζωής με τις επιβλαβείς επιπτώσεις σε μεταγενέστερο στάδιο της ζωής στα σπονδυλωτά παρέμενε δυσεύρετος», ανέφερε ο Κοέν.
Η μελέτη του Χαρέλ «γεφυρώνει επιτέλους αυτό το κρίσιμο κενό», σημείωσε. «Αποδεικνύει ότι τα πλεονεκτήματα φυσικής κατάστασης που αποκτώνται στην ανάπτυξη και την ωριμότητα σε νεαρή ηλικία πληρώνονται άμεσα με επιταχυνόμενη γήρανση και ασθένειες σε μεταγενέστερο στάδιο της ζωής».
«Η εξελικτική λοταρία της ζωής»
«Παραδόξως, η έρευνα για τη γήρανση είναι αρκετά πρόσφατη», δήλωσε ο Χαρέλ.
Αν και ο Ουίλιαμς συνέλαβε τη θεωρία το 1957, η πρώτη απόδειξη ότι οι επιστήμονες μπορούσαν να τροποποιήσουν γονίδια για να επηρεάσουν τη διάρκεια ζωής ενός οργανισμού-μοντέλου «συνέβη μόλις τα τελευταία 35 χρόνια», ανέφερε ο Χαρέλ.
Ο Χαρέλ δήλωσε ότι είναι γοητευμένος από την «εξελικτική λοταρία της ζωής».
«Βλέπουμε ότι υπάρχουν οργανισμοί που ζουν πολύ περισσότερο από εμάς», είπε, «και πρέπει να κατανοήσουμε τους μηχανισμούς που χρησιμοποιούν για να είναι πιο ανθεκτικοί με το πέρασμα του χρόνου».
Ορισμένα είδη είναι «φτιαγμένα για μακρινές αποστάσεις και άλλα είναι προγραμματισμένα να ζουν στη γρήγορη λωρίδα», ανέφερε.
Αναφέρθηκε στον καρχαρία της Γροιλανδίας, ο οποίος μπορεί να ζήσει έως και 500 χρόνια, ενώ το τιρκουάζ killifish ολοκληρώνει ολόκληρο τον κύκλο ζωής του σε διάστημα λίγων μηνών.
Το επόμενο βήμα για τους ερευνητές θα είναι να εξερευνήσουν την πιθανότητα διαχωρισμού των ευεργετικών επιδράσεων του γονιδίου στην πρώιμη ζωή από τις επιβλαβείς συνέπειές του σε μεταγενέστερο στάδιο.
«Αν μπορέσουμε να κατανοήσουμε αυτόν τον μηχανισμό, ίσως μάθουμε επιτέλους πώς να αποσυνδέσουμε την υγιή ανάπτυξη από την ασθένεια της γήρανσης», δήλωσε.

πηγή:Times of Israel