Обитатели подземных колоний Восточной Африки — голые землекопы (Heterocephalus glaber) — уникальные создания. Эти небольшие роющие грызуны обладают набором особенностей, которые делают их супергероями в мире животных. Самая удивительная черта — невероятно долгая жизнь. В то время как обычная мышь редко проживает больше трех лет, голые землекопы доживают до 37, а иногда до 40 лет. Это абсолютный рекорд среди всех известных грызунов.

Ученые давно пытаются понять, почему голые землекопы живут в несколько раз дольше других грызунов и почти не болеют. К тому же у них редко встречаются онкологические заболевания. С возрастом у всех живых существ в ДНК появляются повреждения — как мелкие трещины или сбои в инструкции, по которой работает организм. Обычно тело умеет такие поломки исправлять, но со временем система «ремонта» начинает работать хуже. Ошибок становится все больше, из-за этого органы стареют, клетки погибают, появляются болезни.

У голых землекопов, похоже, этот внутренний «ремонтный механизм» работает особенно хорошо. Их организм гораздо эффективнее исправляет повреждения в ДНК, поэтому старение у них идет медленнее.

Среди причин такого долголетия ученые называют устойчивость голых землекопов к низкому кислороду и другим стрессам под землей. Они адаптированы к бедной кислородом среде — это уменьшает повреждения, которые приводят к старению у наземных млекопитающих.

Кроме того, у этих животных обнаружен особый полисахарид, который накапливается в тканях и препятствует росту опухолевых клеток. Также у них высокая точность белкового синтеза и хорошая система поддержки белков (протеостаз). Их рибосомы работают аккуратнее, поэтому в клетках меньше «ошибочных» белков, которые накапливаются с возрастом и вредят клеткам.

Команда китайских генетиков и биологов под руководством Чжиюн Мао (Zhiyong Mao) из Университета Тунцзи в Шанхае нашла еще один, возможно, фундаментальный элемент этой сложной системы, объясняющей долголетие голых землекопов. Статья об этом вышла в журнале Science.

Предметом исследования ученых стал белок cGAS — ключевой элемент иммунной системы, который есть у многих животных, включая человека. Когда клетка подвергается атаке вируса или в ней начинаются злокачественные изменения, фрагменты ДНК могут оказаться за пределами ядра клетки.

Белок cGAS срабатывает как «тревожная кнопка»: если он обнаруживает фрагменты ДНК за пределами ядра, то сигнализирует о возможной вирусной атаке или развитии опухоли, после чего запускается иммунный ответ.

Однако у этого защитного механизма есть и обратная сторона. Исследователи обнаружили, что cGAS работает не только в цитоплазме, но проникает и в само ядро, где хранится вся генетическая информация. И здесь начинаются странности.

Оказалось, у людей и лабораторных мышей cGAS в ядре клетки проявляет вредную активность — не помогает, а мешает починке ДНК. Это подавление естественного ремонта ведет к росту числа мутаций и повышает риск развития онкозаболеваний.

Пока не совсем ясно, зачем эволюция сохранила этот негативный эффект. Одна из гипотез гласит, что, возможно, такое действие в ядре не целенаправленная функция, а побочный результат основной работы белка, то есть его защитной роли.

Но у голых землекопов cGAS работает иначе. Мао и его коллеги выяснили, что в ядре их клеток белок не подавляет, а усиливает восстановление ДНК.

Разгадка кроется в мельчайших отличиях строения этого белка. Молекула cGAS состоит из цепочки аминокислот. У голых землекопов всего четыре аминокислоты в этой цепочке отличаются от тех, что есть у человека или мыши. Именно эти четыре «кирпичика» кардинально меняют функцию белка.

Исследователи провели серию экспериментов, чтобы подтвердить свою гипотезу. Когда они изменяли гены, кодирующие эти четыре аминокислоты, белок cGAS терял способность усиливать восстановление ДНК. Более того, когда ученые внесли эти же четыре изменения в человеческую версию белка cGAS, он перестал быть помехой для систем починки.

Чтобы окончательно подтвердить значение своего открытия, команда Мао пошла еще дальше. Они взяли обычных плодовых мушек и изменили их гены так, чтобы в их клетках вырабатывался не обычный белок, а тот самый вариант cGAS, который есть у голых землекопов. 

Выяснилось: продолжительность жизни модифицированных мушек составила почти 70 дней, в то время как обычные не генномодифицированные мушки жили в среднем 60 дней. Этот эксперимент наглядно показал, что сам по себе белок голых землекопов способен влиять на продолжительность жизни у других видов.

Теперь ученые задаются вопросом, можно ли продлить человеческую жизнь тем же способом. Мао считает, что теоретически это возможно. Современные технологии вроде редактирования генов или доставки мРНК могут заставить клетки человека вырабатывать измененную версию cGAS. Тогда процесс восстановления ДНК станет более активным, а организм — устойчивее к старению.

Проблема в другом — нужно добиться, чтобы достаточное количество клеток в теле начало производить новый вариант белка. Это сложная задача даже при нынешнем уровне биотехнологий.

Мао предложил альтернативу: искать небольшие молекулы, которые смогут взаимодействовать с человеческим cGAS и заставлять его вести себя так же, как у голых землекопов. Если такие соединения удастся найти, из них можно будет создать препараты, замедляющие старение.

https://naked-science.ru/article/biology/uchenye-eshhe-odnu-prichi