Вічне життя може бути неможлива математично

Ще в 2016 році, коли FDA включила зелене світло для клінічних випробувань метморфина — препарату, який збільшував тривалість життя на 40% у тварин моделей, — стало зрозуміло, що відбувається зміна парадигми нашого ставлення до старіння й тривалості життя. Старіння — досі неминуча частина життя — може бути хворобою. І як хвороба, його можна «лікувати» — відкладати, зупиняти або навіть звертати назад — при наявності відповідних ліків.

Рішення FDA стало кульмінацією низки першокласних досліджень тварин — і цілком успішних — метою яких було звернути назад розпад тканин у старих гризунів. Кров молодих, метморфин і сенолитики — препарати, що знищують «протікають» старі клітини — перезавантажували старіючі кістки, серця і мізки у старших представників роду гризунів. І вони не просто ставали здоровішими — вони жили довше.

Завдяки чисельним методам лікування, пов’язаних з хворобами старості, і незмінному інтересу (і фінансування) від приватного сектора, імпульс в цій області ніяк не зникає. Коли ж ми поборемо старість раз і назавжди?

Не так швидко, говорить доктор Пол Нельсон і його колега Джоанна Мазел з університету арізони.

Застосовуючи концепцію еволюції до клітинних мешканцям наших тіл, вчені побудували математичну модель, яка вивчає поведінку клітин по мірі старіння. І новини не дуже хороші.

Зі старінням популяція здорових клітин виснажується. Деякі поступово втрачають свої нормальні функції, перестають ділитися і входять в зомбиподобное стан — стають сенесцентными. Інші мутують, набуваючи здатність ділитися і розмножуватися безконтрольно, стають раковими.

Як виявилося, позбавлення від обох типів проблемних клітин неможливо.

«Математично старіння неминуче — тобто неминуче за своєю суттю. Немає ніякої логічної, теоретичної і математичної можливості уникнути його», говорить Мазел. Свою роботу вчені опублікували в PNAS.

Світ клітини

Наші клітини — як головні герої антиутопії: вони народжені в суворому суспільстві, в якому кожному відведена своя роль, і по мірі старіння і втрати функцій, як у годинниковому механізмі, вони слідують генетичній програмі, яка наказує їм здійснювати суїцид заради вищої мети — блага організму, який вони складають.

У певному сенсі ці клітини живуть в поліцейській державі в стані постійної боротьби: здорові клітини борються зі старіючими за простір і їжу, завдяки чому суспільство — тканини і органи — управляється здоровими членами і працює безвідмовно. Життя цих старіючих клітин — лише невелика ціна.

Але іноді старіючі клітини дають відсіч. Змінюючи експресію генів, вони отримують можливість ділитися і поширюватися. Ці ракові клітини обманюють систему: замість кооперації в ім’я вищої мети, вони все шкодять організму, який населяють.

У якийсь момент багатоклітинний організм зразок людини обзаведеться як сенесцентными клітинами, так і раковими, пояснюють автори роботи.

Незакінчена боротьба

Оскільки кожна клітина живиться власним набором експресованих генів — генів, які перетворюються у білки, — ми можемо розглядати їх як суспільство з різних людей в стані напруженої конкуренції.

Подібно до того, як вчені вивчають, як генетичні зміни видів призводять до їх еволюції, вчені також можуть використовувати аналогічні базові принципи для відстеження поведінки клітин, коли ті стикаються з середовищем, що змінюється, наприклад, коли ми старіємо.

«Коли люди намагаються відповісти на питання: «чому в процесі еволюції з’явилася старіння?», вони зазвичай запитують: «чому у нас є гени, які змушують нас старіти?». В цьому питанні мається на увазі, що можуть бути гени, які не дадуть нам постаріти», і окремі клітини можуть мати потрібної комбінацією генів, які дозволять їм залишатися здоровими і безсмертними, пояснюють автори.

Сучасні теорії еволюції старіння увазі, що старіння можна зупинити, якщо конкуренція буде достатньо сильною, щоб усунути нездорові і небезпечні клітини — тобто сенесцентные і ракові.

Іншими словами, вчені припустили, що ми старіємо, тому що тиск природного добору не ідеально: еволюція на клітинному рівні не виконує свою роботу.

Саме це вирішили перевірити автори роботи.

Модель старіння

Вчені почали з простої ідеї: клітини не можуть бути одночасно сенесцентными і раковими тривалий час. «Ракові мутації являють зміни в рисах, які регулюють клітинний цикл і змушують клітину порушувати правила і ділитися, коли вона не має, або відмовлятися вмирати, коли вона повинна б», кажуть вони.

Ці мутації підсилюють стійкість клітини, але знижують її здатності до кооперації — в кінці кінців, ракові клітини не дуже добре функціонують.

І навпаки, мутації, які призводять до сенесцентности, здебільшого втручаються в метаболізм клітини, змушуючи її зупиняти зростання. Старіючі клітини втрачають свою стійкість, але вмираючи, вони співпрацюють до кінця.

Щоб побачити, як конкуренція змінює траєкторію еволюції клітини, вчені використовували загальну, абстрактну математичну систему, яка показала, як клітини розвиваються з плином часу в залежності від їх поточного стану.

Наприклад, при старінні в клітинах накопичуються скупчення білка, що знижує їх загальну функцію і здоров’я. Це та інші шкідливі події призводять до змін в рівні стійкості і кооперації клітин, що, в свою чергу, впливає на здоров’я і тривалості життя організму.

Нельсон і Мазел не вважають мутації хорошими. Важливе припущення в нашої моделі такий, що організм буде погіршуватися з віком, кажуть вони. Деякі вчені припустили, що якщо інструменти ремонту клітин будуть досить сильні, ідеально здоровий геном можна було б підтримувати нескінченно, але ці механізми ремонту самі по собі неминуче будуть погіршуватися.

Рішення цієї моделі призводить до «незручної правди»: конкуренція між клітинами — це палиця про два кінці, але відсутність конкуренції призводить до стійкої деградації.

Коли клітини конкурують за ресурси, сенесцентные клітини ефективно знищуються і замінюються здоровими, але мутації, які призводять до раку, поширюються. Це призводить до погіршення здоров’я організму, оскільки кооперація знижується.

Якщо клітини не конкурують, наприклад, в тканинах, де вони цілком дозріли і перестали ділитися, начебто нейронів — нездорові клітини не можуть замінятися, і організму стає гірше, оскільки він наповнюється старими, нефункциональными клітинами.

Виходить, «конкуренція або її відсутність між клітинами може позбавити нас від раку, або від старіючих клітин, але не від обох. І поки ви тримаєте одну проблему під контролем, інша стає гірше», кажуть він.

Їжа для роздумів

Якщо ви зажурилися, не все так погано.

Хоча модель вчених свідчить, що старіння неминуче, вона не виключає можливість уповільнення процесу.

«У нас, мабуть, є багато згубних рис, які приводять нас до старіння і передчасної смерті», і приборкання цих рис може «радикально» затримати процес, нехай і не усунути його повністю, вважають вчені. Їх теорія може навіть допомогти в боротьбі проти старіння.

Взяти сенолитики, наприклад, які націлюються і вбивають старі клітини-зомбі. Хоча дослідження гризунів з використанням цих препаратів не задокументували збільшення числа випадків раку, ризик залишається. Модель вчених показує, що такого роду лікування призведе до короткочасного зниження симптомів старіння, за яким послідує підвищений ризик розвитку раку, оскільки ви просто заохочуєте купку клітин до початку поширення.

Старіння — це динамічний процес, коли ракові і старіючі клітини змінюються разом, тому неможливо вирішити одну проблему, не даючи простір для розвитку другої.

Добавить комментарий