Учёные обнаружили потенциальный способ замедлить старение клеток
Старение организма начинается не только на уровне органов и тканей, но и внутри отдельных клеток. Чтобы понять, почему с возрастом клетки становятся менее эффективными, более уязвимыми к заболеваниям и постепенно теряют свои функции, учёные продолжают изучать процессы, происходящие в их внутренних структурах.
Новое исследование, проведённое специалистами Института Фрица Липмана (FLI) в Германии, позволило выяснить, каким образом с возрастом ухудшается работа митохондрий — органелл, которые обеспечивают клетки энергией. Проанализировав данные, полученные на моделях круглых червей, человеческих клетках и образцах тканей человека, исследователи обнаружили, что с возрастом в клетках постепенно снижается уровень фосфатидилхолина — липида, играющего важнейшую роль в работе митохондрий.
Эксперименты показали, что восстановление уровня фосфатидилхолина с помощью пищевых добавок способно вернуть митохондриям более молодое функциональное состояние. По словам авторов исследования, снижение синтеза этого липида оказалось ранее недооценённой, но эволюционно сохранённой причиной естественного старения митохондрий, которую можно компенсировать за счёт изменений в рационе.
Фосфатидилхолин является одним из основных компонентов мембран, окружающих митохондрии. Подобно клеточным мембранам, мембраны митохондрий состоят из различных липидов, среди которых фосфатидилхолин занимает важное место. Когда его количество уменьшается, структура мембран начинает нарушаться, что напрямую отражается на эффективности работы клеточных «энергетических станций».
Во время экспериментов исследователи добавляли в рацион червей либо сам фосфатидилхолин, либо холин — питательное вещество, которое в организме естественным образом превращается в фосфатидилхолин. В обоих случаях митохондрии приобретали более молодое и гибкое состояние, лучше справляясь со своими функциями.
По словам первого автора исследования Татьяны Полежаевой, учёные были удивлены тем, насколько сильно одна молекула способна влиять на структуру, взаимосвязь и функциональную активность митохондрий.
Анализ человеческих тканей показал, что более низкие уровни фосфатидилхолина чаще встречались у людей с ожирением и сахарным диабетом. Напротив, более высокое содержание этого липида было связано с более высокой скоростью ходьбы и лучшими показателями памяти — признаками более здорового старения организма.
Сравнение молодых, взрослых и старых червей позволило установить причину возрастного снижения уровня фосфатидилхолина. Оказалось, что с возрастом постепенно уменьшается производство белков, отвечающих за синтез этого липида. Из-за нехватки строительного материала митохондрии хуже формируют собственные мембраны, становятся более фрагментированными и начинают работать менее эффективно.
В молодых и здоровых клетках митохондрии способны легко сливаться друг с другом, образуя длинные гибкие цепочки. Такая организация помогает эффективно распределять энергию и необходимые вещества по клетке. Однако по мере старения и уменьшения количества фосфатидилхолина митохондрии теряют эту способность, становятся менее пластичными и хуже приспосабливаются к изменяющимся энергетическим потребностям клетки.
Как объясняет биолог Мария Ермолаева из Института Фрица Липмана, всю систему можно представить в виде сложной энергетической сети, которая с возрастом постепенно повреждается: связи разрушаются, а передача энергии становится менее эффективной. Несмотря на то что производство энергии продолжается, оно уже не отличается прежней стабильностью и гибкостью.
Исследование также выявило интересные различия между мужчинами и женщинами. Анализ тканей показал, что уровень фосфатидилхолина снижается у представителей обоих полов, однако у мужчин этот процесс происходит постепенно, тогда как у женщин падение оказывается значительно более резким, особенно в период менопаузы, который обычно приходится на возраст примерно от 45 до 55 лет.
По мнению исследователей, именно эти изменения химического состава клеток и последующее ухудшение работы митохондрий могут играть важную роль в снижении уровня энергии, на которое многие женщины жалуются в этот период жизни, а также в развитии хронической усталости.
Авторы подчёркивают, что уменьшение количества фосфатидилхолина является не единственной причиной возрастного ухудшения работы митохондрий. Тем не менее результаты исследования свидетельствуют, что этот фактор играет заметную роль в процессе старения клеток и заслуживает дальнейшего изучения.
Хотя человеческий организм значительно сложнее организма круглых червей, полученные данные дают основания полагать, что восстановление уровня этого липида может помочь обратить некоторые возрастные изменения митохондрий. Следующим этапом работы станет изучение того, каким образом снижение содержания фосфатидилхолина изменяет структуру митохондриальных мембран на молекулярном уровне.
Нарушения в работе митохондрий давно связывают с развитием многих хронических заболеваний, включая сахарный диабет, онкологические заболевания и нейродегенеративные болезни, такие как болезнь Паркинсона. Новые результаты указывают на ещё один возможный путь восстановления функций клеточных «энергетических станций».
По словам Марии Ермолаевой, полученные данные показывают, что как старение митохондрий, так и более широкие процессы старения организма по крайней мере частично поддаются изменению. Если учёные смогут полностью понять лежащие в их основе механизмы, в будущем станет возможной разработка целенаправленных методов противодействия возрастным изменениям.
Результаты исследования в журнале Nature Communications.