منبع:
این مطالعه در 9 دسامبر در مجله Nature Aging منتشر خواهد شد.
در یک مطالعه جدید، محققان از هوش مصنوعی برای تجزیه و تحلیل داده‌های طیف گسترده‌ای از بافت‌ها، جمع‌آوری‌شده از انسان، موش، موش و ماهی قاتل استفاده کردند. آنها کشف کردند که طول ژن ها می تواند بیشتر تغییرات سطح مولکولی را که در طول پیری رخ می دهد توضیح دهد.
برای انجام این مطالعه، محققان از مجموعه داده‌های بزرگ مختلف، از جمله پروژه بیان ژنوتیپ-بافت، یک بانک بافت با بودجه موسسه ملی سلامت که نمونه‌هایی از اهداکنندگان انسانی را برای اهداف تحقیقاتی بایگانی می‌کند، استفاده کردند.
یافته جدید به طور بالقوه می تواند منجر به مداخلات طراحی شده برای کاهش سرعت -; یا حتی معکوس -؛ سالخورده.
در همه حیوانات، محققان متوجه تغییرات ظریف در هزاران ژن مختلف در نمونه‌ها شدند. این بدان معناست که نه تنها یک زیرمجموعه کوچک از ژن‌ها که به پیری کمک می‌کنند. در عوض، پیری با تغییرات در سطح سیستم مشخص می شود.
آمارال گفت: “نتیجه برای انسان بسیار قوی است زیرا ما نمونه های بیشتری برای انسان نسبت به سایر حیوانات داریم.” “همچنین جالب بود زیرا همه موش هایی که ما مطالعه کردیم از نظر ژنتیکی یکسان، یک جنسیت و در شرایط آزمایشگاهی یکسان بزرگ شده اند، اما انسان ها همه متفاوت هستند. همه آنها به دلایل مختلف و در سنین مختلف مردند. ما نمونه هایی از مردان را تجزیه و تحلیل کردیم و زنان به طور جداگانه و همان الگو را پیدا کردند.”
“سطح سیستم” تغییر می کند
اگرچه محققان دریافتند که ژن‌های طولانی با افزایش طول عمر مرتبط هستند، ژن‌های کوتاه نیز نقش مهمی در بدن دارند. به عنوان مثال، از ژن های کوتاه برای کمک به مبارزه با عوامل بیماری زا استفاده می شود.
آمارال این فرضیه را مطرح کرد: “بدن به جای اینکه فقط با بریدگی برخورد کند، باید با این عدم تعادل فعالیت نیز مقابله کند.” این می تواند توضیح دهد که چرا با گذشت زمان با افزایش سن، چالش های زیست محیطی را به خوبی زمانی که جوان تر بودیم کنترل نمی کنیم.
این دیدگاه با رویکردهای بیولوژیکی رایجی که اثرات تک ژن ها را مطالعه می کنند، متفاوت است. از زمان شروع ژنتیک مدرن در اوایل قرن بیستم، بسیاری از محققان انتظار داشتند که بتوانند بسیاری از پدیده های پیچیده بیولوژیکی را به تک ژن ها نسبت دهند. و در حالی که برخی از بیماری‌ها، مانند هموفیلی، از جهش‌های تک ژنی ناشی می‌شوند، رویکرد محدود به مطالعه ژن‌های منفرد هنوز به توضیحی برای تغییرات بی‌شماری که در بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی و پیری رخ می‌دهد منجر نشده است.
آمارال، متخصص در سیستم‌های پیچیده، استاد مهندسی شیمی و بیولوژیکی Erastus Otis Haven در دانشکده مهندسی McCormick Northwestern است. استوگر یک محقق فوق دکترا در آزمایشگاه آمارال است.
نگاه کردن در سنین مختلف
استوگر می‌گوید: «به‌نظر می‌رسد در اوایل زندگی چیزی اتفاق می‌افتد، اما با افزایش سن بیشتر مشخص می‌شود». “به نظر می رسد که در سنین جوانی، سلول های ما قادر به مقابله با اختلالاتی هستند که منجر به عدم تعادل در فعالیت ژن می شود. سپس، ناگهان، سلول های ما دیگر قادر به مقابله با آن نیستند.”
با کمال تعجب، این یافته تقریباً جهانی بود. محققان این الگو را در چندین حیوان، از جمله انسان، و در بسیاری از بافت‌ها (خون، ماهیچه، استخوان و اندام‌ها، از جمله کبد، قلب، روده، مغز و ریه‌ها) که در این مطالعه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند، کشف کردند.
محققان بر این باورند که یافته‌های آنها می‌تواند زمینه‌های جدیدی را برای توسعه درمان‌هایی که برای معکوس کردن یا کند کردن پیری طراحی شده‌اند، باز کند. محققان استدلال می‌کنند که درمان‌های کنونی برای درمان بیماری، به جای خود پیری، صرفاً نشانه‌های پیری را هدف قرار می‌دهند. آمارال و استوگر آن را با استفاده از تیلنول برای کاهش تب به جای درمان بیماری که باعث تب شده است مقایسه می کنند.
آمارال گفت: «ما عمدتاً روی تعداد کمی از ژن‌ها تمرکز کرده‌ایم و فکر می‌کردیم که چند ژن بیماری را توضیح می‌دهند. “بنابراین، شاید قبلاً روی چیز درستی تمرکز نکرده بودیم. اکنون که این درک جدید را داریم، مانند داشتن یک ابزار جدید است. مانند گالیله با تلسکوپ است که به فضا نگاه می کند. نگاه کردن به فعالیت ژن از طریق این عدسی جدید این امکان را فراهم می کند. ما پدیده های بیولوژیکی را متفاوت ببینیم.”
بینش طولانی
دیگر نویسندگان ارشد شمال غربی شامل ریچارد موریموتو، استاد علوم زیستی مولکولی در کالج علوم و هنر واینبرگ است. دکتر الکساندر میشارین، دانشیار پزشکی در فاینبرگ. و دکتر GR اسکات بودینگر، پروفسور ارنست اس. بازلی در بیماری های راه هوایی در Feinberg و رئیس بخش ریوی و مراقبت های ویژه در Northwestern Medicine.
عدم تعادل ژن ها باعث پیری می شود زیرا سلول ها و ارگانیسم ها برای حفظ تعادل کار می کنند -; آنچه پزشکان به عنوان هموستاز بیان می کنند، پیشخدمتی را تصور کنید که سینی بزرگی را حمل می کند. آن سینی باید همه چیز را متعادل کند. اگر سینی متعادل نباشد، پیشخدمت باید تلاش بیشتری برای مبارزه با عدم تعادل انجام دهد. اگر تعادل در فعالیت ژن های کوتاه و بلند در یک موجود زنده تغییر کند، همین اتفاق می افتد. مثل این است که پیری این عدم تعادل ظریف است، به دور از تعادل. تغییرات کوچک در ژن‌ها چندان مهم به نظر نمی‌رسد، اما این تغییرات ظریف بر شما تأثیر می‌گذارد و به تلاش بیشتری نیاز دارد.»
لوئیس ان آمارال، نویسنده ارشد این مطالعه، دانشگاه نورث وسترن
طول یک ژن بر اساس تعداد نوکلئوتیدهای درون آن است. هر رشته از نوکلئوتیدها به یک اسید آمینه تبدیل می شود که سپس پروتئینی را تشکیل می دهد. بنابراین، یک ژن بسیار طولانی، پروتئین بزرگی تولید می کند. و یک ژن کوتاه پروتئین کوچکی تولید می کند. طبق گفته های استوگر و آمارال، یک سلول برای رسیدن به هموستاز باید تعداد متعادلی از پروتئین های کوچک و بزرگ داشته باشد. مشکلات زمانی رخ می دهند که این تعادل از حالت عادی خارج شود.
محققان دانشگاه نورث وسترن مکانیسمی را کشف کرده اند که قبلا ناشناخته است که پیری را تحریک می کند.
توماس استوگر از Northwestern که سرپرستی این مطالعه را بر عهده داشت، می‌گوید: «تغییرات در فعالیت ژن‌ها بسیار بسیار ناچیز است و این تغییرات کوچک شامل هزاران ژن می‌شود. ما متوجه شدیم که این تغییر در بافت‌های مختلف و در حیوانات مختلف ثابت است. تقریباً در همه جا آن را یافتیم. به نظر من بسیار زیبا است که یک اصل واحد و نسبتاً مختصر به نظر می‌رسد که تقریباً همه تغییرات در فعالیت ژن‌ها را که در حیوانات اتفاق می‌افتد توضیح دهد. با افزایش سن.”
آمارال گفت: «تب ممکن است به دلایل بسیار زیادی رخ دهد. “این می تواند ناشی از عفونت باشد، که برای درمان نیاز به آنتی بیوتیک دارد، یا ناشی از آپاندیسیت باشد، که نیاز به جراحی دارد. اینجا هم همین است. مسئله عدم تعادل فعالیت ژن است. اگر می توانید به اصلاح عدم تعادل کمک کنید، می توانید به عواقب پایین دستی رسیدگی کنید.”
پس از گردآوری مجموعه داده های بزرگ، که بسیاری از آنها در مطالعات دیگر توسط محققان دانشکده پزشکی Feinberg دانشگاه نورث وسترن و در مطالعات خارج از Northwestern مورد استفاده قرار گرفتند، استوگر ایده ای را برای بررسی ژن ها بر اساس طول آنها مطرح کرد.
استوگر، تی. و همکاران (2022) پیری با عدم تعادل رونوشت مرتبط با طول سیستمیک همراه است. پیری طبیعت doi.org/10.1038/s43587-022-00317-6.