Медленное чтение генов продлевает жизнь
С возрастом информация с генов считывается всё быстрее и всё менее точно, но ситуацию можно исправить, если замедлить белки, занимающиеся чтением ДНК.
Один из самых известных способов замедлить старение и продлить жизнь — это ограничить себя в калориях и вообще прикрутить обмен веществ. Речь не столько о голодании, сколько о том, чтобы не потреблять калорий больше необходимого. Ограничение в калориях работает как на уровне отдельных клеток, так и на уровне целого организма, причём организмом тут может быть червь, муха, мышь и даже человек. И хотя конкретные молекулярные механизмы диетического продления жизни активно изучают, остаётся ещё много неясного.
Сотрудники Кёльнского университета пишут в Nature, что польза от умеренности в еде в том, что клетки начинают медленнее читать собственные гены. Медленное чтение генов означает, что фермент РНК-полимераза медленнее едет по ДНК и медленнее синтезирует на ней РНК-копию. Как мы знаем, чтобы генетическая информация заработала, её нужно считать из ДНК в РНК. Специальные ферменты РНК-полимеразы (точнее, ДНК-зависимые РНК-полимеразы) как раз этим и занимаются: они садятся на ДНК в начало какого-нибудь гена и двигаются к его концу, копируя информацию с него в молекулу РНК; весь процесс называется транскрипцией. Потом РНК после некоторых превращений отправляется к белок-синтезирующим машинам рибосомам: они занимаются трансляцией, то есть на РНК-шаблоне делают полипептидную цепь. (Есть РНК, которые не несут никакой белковой информации, но лишние подробности нам сейчас ни к чему.)
РНК-полимераза может ехать по ДНК быстрее или медленнее. Когда скорость полимераз сравнили в организмах разного возраста, то оказалось, что с возрастом фермент в среднем начинает двигаться быстрее. И это касается самых разных организмов: круглых червей, дрозофил, мышей и человека. Всё бы ничего, но ускорившаяся РНК-полимераза делает больше ошибок. В РНК, которую она синтезирует, то тут, то там стоят не те генетические буквы. Соответственно, белки при трансляции будут получаться какие-то не такие. А поскольку именно белки выполняют в клетке всю главную работу, то можно представить, как из-за слишком быстрого чтения генов клетка начинает быстрее стареть и умирать.
Двигаясь по ДНК, РНК-полимераза сталкивается с белками гистонами. Гистоны всегда сопровождают ДНК, они упаковывают её в клеточном ядре, делают более компактной и заодно регулируют доступ к ней. Если гистонов на ДНК сидит много, РНК-полимераза вообще не сможет с ней работать. Если гистонов станет поменьше, полимераза начнёт читать ген, но будет делать это медленно. И если гистонов станет совсем мало, то полимераза будет ехать по ДНК очень быстро. Исследователи выяснили, что в клетках человека и, очевидно, в клетках других организмов, на ДНК с возрастом становится меньше гистонов, так что скорость полимеразы мало что ограничивает.
Скорость РНК-полимеразы можно уменьшить, если искусственно повысить в клетках количество гистонов — так получилось сделать у дрозофил. Ещё полимеразу можно замедлить специальными мутациями в её гене. Дрозофилы и черви с такой РНК-полимеразой жили на 10–20% дольше. Однако замедлить её можно и без мутаций. Вспомним про калории, о которых мы говорили в начале: у мышей, которых ограничивали в питании, РНК-полимераза работала медленнее. Определённые изменения в генах, управляющих обменом веществ, её тоже замедляли. Можно вспомнить, что гистоны — один из элементов долговременной эпигенетической регуляции активности генов. Химические модификации на гистонах заставляют их либо крепче и гуще садиться на те или иные участки ДНК, либо, наоборот, освобождать ДНК от своего присутствия. В свою очередь, модификации гистонов зависят от условий, в которых клетка живёт, а к этим условиям относится и питание. Можно представить, как умеренная диета через эпигенетические механизмы тормозит РНК-полимеразу, благодаря чему в РНК случается меньше ошибок, так что в целом организм чувствует себя лучше и медленнее стареет. Но схему эту, даже если она выглядит правдоподобно, всё равно нужно проверять в экспериментах.
