Ученым Калифорнийского университета в Сан-Диего удалось замедлить старение клеток с помощью методов синтетической биологии. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Science.
Клетки живых организмов содержат цепи регуляции генов, которые отвечают за множество функций, в том числе за жизненный цикл клетки, включая ее размножение и старение. Одним из направлений синтетической биологии является конструирование искусственных цепей регуляции, которые являются ортогональными, то есть не вмешиваются в нормальное функционирование клетки. Так, в предыдущих исследованиях в клетки внедряли молекулярные переключатели (англ. toggle switches), генетические осцилляторы и клеточные счетчики, которые поддерживали гомеостаз и стабильность.
В новой работе ученым удалось сконструировать генетический осциллятор, который увеличивал продолжительность жизни клеток дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Известно, что ключевую роль в старении клеток играет фермент лизин-деацетилаза Sir2 и белковый комплекс HAP, который играют роль регуляторов транскрипции генов — процесса синтеза цепочек мРНК, несущих информацию о строении белка из ядра клетки к местам его синтеза. Sir2 поддерживает стабильность генетического материала в ядрышке, а HAP регулирует активность генов, участвующих в синтезе гема — предшественника многих важных соединений.
Исследователи идентифицировали схему регуляции, которая приводит к взаимному ингибированию Sir2 и HAP и способствует ухудшению состояния и старению клеток. Чтобы продлить жизнь клеток, ученые построили петлю обратной связи между Sir2 и HAP, которая приводит к периодическому увеличению уровня как одной, так и другой молекулы.
Эти автономные генетические часы генерировали устойчивые колебания между ядрышковыми и митохондриальными процессами старения в отдельных клетках. Результаты экспериментов показали, что эти колебания увеличивали продолжительность клеточной жизни на 82 процента за счет предотвращения длительных процессов, приводящих к потери регуляции хроматина либо к истощению гема. Эта продолжительность жизни была больше, чем у любого другого долгоживущего штамма дрожжей. Авторы указывают, что подобные спроектированные генные цепи могут в будущем стать основой для методов антивозрастной терапии