Procesi staranja in razvoja različnih starostnih bolezni so že dolgo zanimivi za znanstvenike po vsem svetu, saj z razumevanjem njihovega poteka ne moremo le popraviti, temveč jih povsem obrniti. Toda do nedavnega ni bilo jasno, kaj se začne s procesom staranja..
V reviji Science so objavili študijo, ki dokazuje razmerje med procesom staranja in poslabšanjem tesno zloženih svežnjev celične DNA, kar lahko v prihodnosti privede do razvoja metod za preprečevanje in zdravljenje s starostjo povezanih bolezni, kot so rak, diabetes in Alzheimerjeva bolezen..
Med skupnimi raziskavami so znanstveniki inštituta Salk in kitajske akademije znanosti ugotovili, da genetske mutacije, ki so v ozadju Wernerjevega sindroma, motnje, ki vodi do prezgodnjega staranja in smrti, povzroča poslabšanje DNA vezi, znanih kot heterochromatin.
Odkritje, pridobljeno s kombinacijo matičnih celic in tehnologije za urejanje genov, je lahko osnova za razvoj metod za preprečevanje sprememb, povezanih s starostjo, s preprečevanjem ali popravljanjem poškodb s heterokromatinom..
"Naše ugotovitve kažejo, da mutacije v genu, ki povzroča Wernerjev sindrom, povzročajo neorganizacijo heterochromatina in da je to motenje strukture DNA ključni dejavnik, ki sproži proces staranja," pravi vodja raziskave Juan Carlos Ispisua Belmonte. "To odkritje ni omogočilo le ugotoviti glavni vzrok staranja - uničenje heterochromatina, temveč je tudi pokazalo, da je ta proces reverzibilen."
Wernerjev sindrom je genetska bolezen, ki povzroči, da se ljudje zdravijo hitreje kot običajno. Pojavi se enkrat na 200.000 ljudi. Ljudje s to motnjo že v zgodnjih fazah življenja trpijo zaradi starostnih bolezni (sive mrene, sladkorne bolezni tipa 2, utrjevanja arterij, osteoporoze in raka), pričakovana življenjska doba pa se zmanjša na 40-50 let.
Bolezen povzroča mutacija sindroma Wernerskyjev sindrom RecQ ali zmanjšan gen WRN, ki generira beljakovino WRN. Prejšnje študije so pokazale, da je normalna oblika proteina encim, ki ohranja strukturo in celovitost človeške DNA. Mutacija te beljakovine ovira replikacijo in popravilo DNA ter gensko ekspresijo, za katero velja, da povzroča prezgodnje staranje. Vendar pa ostaja skrivnost, kako točno mutirani protein WRN moti te pomembne celične procese..
Med raziskavami so znanstveniki iz Inštituta Salk poskušali natančno ugotoviti, kako mutirani protein WRN povzroča tako velik celični kaos. Da bi to naredili, so ustvarili celični model Wernerjevega sindroma z uporabo tehnologij za urejanje gena za odstranitev gena WRN iz človeških izvornih celic. Ta model izvornih celic bolezni je znanstvenikom omogočil izjemno priložnost za študij hitro starajočih se celic v laboratoriju. Dobljene celice so imitirale genetsko mutacijo, ki se pojavi pri bolnikih z Wernerjevim sindromom, zato so začeli starati hitreje kot običajno. Na podrobnejši preučitvi so znanstveniki ugotovili, da je ekstrakcija gena WRN motila tudi strukturo segmentov heterohromatina - kromatina, ki so v kondenziranem (kompaktnem) stanju med celičnim ciklom..
Struktura DNA deluje kot stikalo za nadzor genske aktivnosti in nadzoruje kompleksne celične mehanizme. Na zunanji strani heterohromatinskih žarkov so kemični označevalci, znani kot epigenetski konci, ki nadzorujejo strukturo heterohromatina. Na primer, spremembe teh kemičnih stikal lahko spremenijo strukturo heterohromatina, kar povzroči izražanje ali zatiranje genov..
Raziskovalci so odkrili, da brisanje gena WRN vodi do dezorganizacije heterohromatina, kar dokazuje pomembno vlogo proteina WRN pri ohranjanju strukture heterohromatina. Med nadaljnjimi poskusi je bilo ugotovljeno, da protein neposredno vpliva na molekularne strukture, za katere je znano, da stabilizirajo heterochromatin, kar je nesporni dokaz neposredne povezave mutiranega WRN proteina z destabilizacijo heterochromatina..
"Naša študija je pokazala povezavo med Wernerjevim sindromom in razpadom heterochromatina, kar dokazuje molekularni mehanizem, zaradi katerega genska mutacija vodi do splošne motnje celičnih procesov, kar preprečuje epigenetsko regulacijo genskega izražanja," pravi gospod Belmonte. - Z drugimi besedami, predlaga, da so akumulirane spremembe v strukturi heterochromatina lahko glavni vzrok staranja celic. Pojavlja se vprašanje, ali je mogoče te spremembe spremeniti, da bi preprečili ali celo zdravili motnje, povezane s starostnimi spremembami..
Za dokončno določitev vloge razgradnje heterohromatina na začetku procesa staranja bodo potrebne dodatne študije. Znanstveniki bodo lahko razumeli, kako ta neorganiziranost vpliva na druge celične procese, povezane s staranjem, kot je zmanjšanje koncev kromosomov, znanih kot telomeri. Poleg tega skupina raziskovalcev dela na epigenetski tehnologiji urejanja, da bi spremenila epigenetske spremembe, ki igrajo pomembno vlogo v procesu potepanja in razvoja človeških bolezni..