„Nie sądziłem, że zmiany zajdą tak szybko”. Naukowcy odkryli sekret starzenia

Eksperyment naukowców z Harvard Medical School rzuca nowe światło na mechanizmy starzenia się. – Przez lata uważano, że starzejemy się, ponieważ w ciągu życia dochodzi do coraz większej liczby mutacji DNA w komórkach. Z czasem badania pokazały, że w każdej pojedynczej komórce może zachodzić dziennie od jednej do 50 mutacji, a mimo to komórka nadal prawidłowo funkcjonuje. Jest to możliwe dzięki temu, że komórki mają przynajmniej trzy mechanizmy, które są w stanie te mutacje naprawiać. Działają one cały czas, a jeśli nie są w stanie komórki naprawić, to taka komórka popełnia samobójstwo – tłumaczy dr hab. Tomasz K. Wojdacz, kierownik Samodzielnej Pracowni Epigenetyki Klinicznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego w Szczecinie.

Mózg starych myszy zaczął pracować jak za młodych lat, gdy podawano im krew pobraną od młodszych koleżanek

Wydawało się też, że proces odmładzania komórek musi być bardzo skomplikowany. – Teraz okazuje się, że wystarczy dostarczyć do komórki mięśniowej tylko kilka genów i za pomocą pewnego leku je uruchomić, aby tkanka mięśniowa zaczęła sprawnie działać. Gdy zaś lek zostaje usunięty, geny przestają działać. Poznaliśmy ten mechanizm i, co najważniejsze, nauczyliśmy się nim sterować. To otwiera pole do leczenia różnych chorób – uważa dr Wojdacz.

Skoro odkryto, że w komórce istnieją mechanizmy ochrony przed mutacjami, to dlaczego się starzejemy? Takie pytanie zadali sobie naukowcy z Harvard Medical School. Przeprowadzili eksperyment z myszami i znaleźli rozwiązanie tej zagadki. Odkryli, że za starzenie odpowiadają mechanizmy epigenetyczne. – W każdej komórce danego organizmu znajduje się ten sam zestaw genów. W zależności od tego, który z tych genów jest włączany, a który wyciszany, komórka wykonuje inne zadanie – jedna, nerwowa, przewodzi prąd, a druga, mięśniowa, kurczy się i rozkurcza. O tym, które geny mają być aktywne, decyduje epigenetyka – tłumaczy dr Wojdacz. Nieaktywne geny już na początku rozwoju organizmu są oznaczane określonymi białkami lub związkami chemicznymi.

Na każdą komórkę cały czas oddziałują czynniki środowiskowe. W jej DNA zachodzą mutacje, które są naprawiane. – Aby dany gen mógł zostać naprawiony, musi być z niego usunięty znacznik epigenetyczny. Potem gen jest naprawiany i znacznik powinien wrócić na swoje miejsce. Problem polega na tym, że te znaczniki epigenetyczne z czasem nie zawsze wracają dokładnie na dawne miejsce. W konsekwencji pewne geny są wyciszane, a inne stają się nadaktywne. W komórce zaczyna panować chaos, jeśli chodzi o aktywność genów. Przestaje ona pracować tak, jak powinna. To właśnie jest jednym z kluczowych procesów starzenia i teraz naukowcy z Harvardu opracowali metodę, która pozwala umieścić te epigenetyczne znaczniki tam, gdzie one być powinny – mówi dr Wojdacz.

Nie oznacza to jednak, że w przyszłości będziemy mogli cofnąć się do czasów dzieciństwa, jak bohater filmu „Ciekawy przypadek Benjamina Buttona”. – Prawdopodobnie będziemy umieć stopniowo odmładzać komórki, co pozwoli na dłuższe życie. Dokonamy napraw w komórce i trochę przedłużymy sobie życie, potem znowu dokonamy napraw i znowu nieco przedłużymy sobie życie, ale z czasem chaos w komórce i liczba mutacji będą tak duże, że nie będziemy w stanie sobie z tym poradzić. Komórka będzie coraz bardziej chora i coraz gorzej będzie wykonywała zadania, do których została przeznaczona – tłumaczy dr Wojdacz.

Do głosu dojdzie też genetyka. – Mamy bowiem zakodowaną genetycznie określoną długość życia. Naukowcy, którzy opublikowali opisywane tu wyniki badań, uważają, że już możemy myśleć o życiu do 120-150 lat. Nieśmiertelności nie osiągniemy, ale wydaje się, że będziemy w stanie utrzymywać komórki przez długi czas w bardzo dobrym stanie. Za sprawą manipulacji mechanizmami epigenetycznymi w komórce obecni 30-40-latkowie będą mogli żyć w dobrej kondycji 150 lat. Wcześniejsze pokolenia raczej nie mają co liczyć na tak długie życie. Badania nad zastosowaniem tych mechanizmów dopiero się rozpoczęły – mówi dr Wojdacz.

Zanim jednak naukowcy nauczą się skutecznie naprawiać nasze komórki, sami możemy wpływać na ich kondycję. – Wiele czynników środowiskowych przyśpiesza starzenie. Nikomu chyba nie trzeba tłumaczyć, co się dzieje ze skórą eksponowaną bezpośrednio na słońce, ale możemy temu przynajmniej do pewnego stopnia zaradzić, np. używać kremów z filtrami UV, stosować zdrową dietę czy być aktywni fizycznie. To wszystko pozytywnie oddziałuje na mechanizmy epigenetyczne – mówi dr Wojdacz.

To, jak sami możemy wpływać na epigenetykę, pokazało badanie, które dr Wojdacz przeprowadził z prof. Ewą Stachowską z Wydziału Nauk o Zdrowiu Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego. Uczeni zebrali pacjentów z niealkoholowym stłuszczeniem wątroby, którzy chorują często, choć mają prawidłowe BMI i nie nadużywają alkoholu. Pobrali od nich krew i za pomocą zaawansowanych technologii określili wzór zmian epigenetycznych w komórkach ich krwi. Potem zmienili im dietę na śródziemnomorską i dodali do niej specyficzne typy błonnika. Po około dwóch miesiącach znów pobrali pacjentom krew i ją zbadali. Okazało się, że komórki ich krwi zaczęły wyglądać tak jak u zdrowych ludzi. – Nie sądziłem, że zmiany zajdą po tak krótkim czasie i to tylko dzięki zmianie diety. Pacjenci ani nie jedli mniej, ani nie zaczęli np. chodzić na siłownię. Wystarczyły dieta śródziemnomorska i suplementacja błonnikiem – mówi dr Wojdacz. – Zmiany epigenetyczne pozwalają komórkom i całemu organizmowi dostosować się do zmian środowiska i dzięki temu przetrwać. Ale jak pokazał nasz eksperyment, zaburzenia mechanizmów epigenetycznych są odwracalne – dodaje dr Wojdacz.

Ale tak jak zdrowe zachowania mogą naprawić epigenom, tak szkodliwe czynniki mogą go zakłócić.

Przykładem jest infekcja wirusowa. Dr Wojdacz wspólnie z prof. Miłoszem Parczewskim z Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego wykazał, że zmiany epigenetyczne wywołane przez SARS-CoV-2 w pewnych komórkach krwi decydują o tym, jak ciężki jest przebieg infekcji COVID-19. Z badań prowadzonych obecnie wynika, że czynniki epigenetyczne odgrywają ogromną rolę w powstawaniu lub przebiegu bardzo wielu chorób. Potwierdzono to już w przypadku cukrzycy, choroby Parkinsona czy Alzheimera, fibromialgii, zespołu przewlekłego zmęczenia i nowotworów.

Naukowcy przyglądają się mechanizmom epigenetycznym i korzystając z tej wiedzy, próbują opracować nowe terapie. Najdłużej, bo już kilkadziesiąt lat, trwają badania epigenetyczne dotyczące nowotworów. – Mutacjami genetycznymi, np. BRCA1, można wyjaśnić ok. 5 proc. przypadków raka piersi w Polsce. Gdy dołożymy do tego historie nowotworów w rodzinie, to można przyjąć, że mutacje genetyczne odpowiadają za ok. 25 proc. przypadków raka piersi. U pozostałych pacjentek nowotwór powstał najprawdopodobniej w wyniku zmian epigenetycznych, które zachodzą pod wpływem środowiska – mówi dr Wojdacz.

Trzy lata temu dr Wojdacz wraz z prof. Janem Lubińskim z Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego opublikował wyniki badania, w którym wykazał, że pewne zmiany epigenetyczne w komórkach krwi mogą zwiększać nawet cztery razy ryzyko zachorowania na raka piersi i że zmiana ta sprzyja rozwojowi potrójnie negatywnego raka piersi. To badanie nasi uczeni przeprowadzili na małej grupie pacjentek, ale dwa miesiące temu w czasopiśmie „JAMA Oncology” ukazała się praca naukowców ze Stanów Zjednoczonych, m.in. ze Stanford University, i Norwegii z uniwersytetu w Bergen, którzy przeprowadzili badanie na grupie 2,5 tys. kobiet i doszli do takich samych wniosków co nasi badacze.

Obecnie naukowcy próbują znaleźć czynniki środowiskowe, które predysponują do nowotworów. – Gdy je wykryjemy, będziemy wiedzieć, kto jest zagrożony rakiem. Wtedy taką grupę ryzyka można by stale monitorować i wykryć nowotwór na bardzo wczesnym etapie rozwoju. Tak wczesnym, że leczenie sprowadzi się jedynie do operacji – mówi dr Wojdacz. Jego zespół pracuje nad testami, które pozwolą wykryć raka na początku rozwoju.

Również epigenetyką naukowcy tłumaczą powstawanie choroby Alzheimera. Dzięki przeprowadzonym dotychczas badaniom naukowcom z King’s College London udało się opracować test, który ma pomóc wykryć tę chorobę na wczesnym etapie rozwoju. Uczeni znaleźli związki, które pojawiają się we krwi trzy i pół roku przed typową diagnozą. O szczegółach poinformowali pod koniec stycznia tego roku na łamach czasopisma „Brain”.

Naukowcy z Londynu przez wiele lat zbierali próbki krwi od 56 osób z łagodnymi zaburzeniami poznawczymi. U 36 z nich zdiagnozowali chorobę Alzheimera. Zebrane próbki krwi porównali i ustalili, że trzy i pół roku przed typową diagnozą pojawiają się w niej związki, które prowadzą do zmian w mózgu. – Już wcześniejsze badania wykazały, że krew młodych myszy może mieć odmładzający wpływ na funkcje poznawcze starych myszy. Sprzyja bowiem powstawaniu nowych komórek nerwowych w hipokampie, rejonie mózgu odpowiedzialnym za pamięć. Poszliśmy tropem tych badań – mówiła dla portalu „EurekAlert” prof. Sandrine Thuret z King’s College London.

Jedno z takich badań przeprowadził dr Saul Villeda ze Stanford University, a wyniki opublikował w piśmie „Nature”. Uczony podawał starym myszom krew pobraną od ich młodszych koleżanek i wykazał, że mózg wiekowych gryzoni zaczął pracować jak za młodych lat. Zwierzęta żwawiej się poruszały i popełniały mniej błędów w labiryncie, a także miały lepszą pamięć i szybciej się uczyły. Dowiodły tego standardowe testy, które polegają na tym, że myszy umieszcza się w basenie z wodą, a one próbują jak najszybciej znaleźć platformę, ponieważ nie lubią wody. Stare myszy, którym wstrzyknięto młodą krew, doskonale zapamiętały, gdzie znajduje się platforma, i odnajdowały ją równie szybko jak młode, 4-6-miesięczne zwierzęta. Te zaś, które nie dostawały zastrzyków, popełniały wiele błędów, zanim trafiły do celu.

W drugiej części eksperymentu dr Villeda badał mózg myszy poddanych odmładzającemu zabiegowi. Znalazł nie tylko więcej komórek macierzystych, z których mogą powstawać nowe komórki nerwowe, ale też o 20 proc. więcej niż przed terapią połączeń między neuronami. Zdaniem uczonego młoda krew podana gryzoniom staruszkom zwiększyła aktywność 200-300 genów w komórkach hipokampu, który jest odpowiedzialny za zapamiętywanie. Istotne zmiany dostrzeżono także w aktywności genów, które odpowiadają za zdolność komórek nerwowych do regeneracji i tworzenia nowych połączeń między sobą.

Skuteczność testu, który opracowali naukowcy z King’s College London, musi być jeszcze sprawdzona w badaniach z udziałem dużej liczby ochotników. Jeśli zostanie ona potwierdzona, to test będzie niezwykle cennym narzędziem w diagnostyce alzheimera – dostępne dziś leki przynoszą efekty tylko wtedy, gdy zostaną podane na początku choroby. Potem bardziej szkodzą, niż pomagają.