დაბერებისა და ხანგრძლივი სიცოცხლის საიდუმლო გენებს ზემოთ არსებულ კავშირებშია დამალული

უკვე გარკვეული ხანია მკვლევრები განიხილავენ თეორიას, რომლის თანახმადაც დაბერების პროცესი DNA-ის ცვლილებების, განსაკუთრებით მუტაციების, დაგროვებით არის გამოწვეული. ვარაუდობდნენ, რომ დაგროვილი მუტაციები გენების მუშაობის დარღვევას იწვევს, რაც შემდეგ ქსოვილებსა და ორგანოებს აზიანებს და ასაკთან დაკავშირებულ დაავადებათა პროცესებს შეიძლება ააქტიურებდეს. თუმცა ახალი კვლევის შედეგებმა მიანიშნა, რომ ეპიგენეტიკური ცვლილებების ჩათვლით, სხვა ფაქტორები, რომლებიც გენებს ზემოთ მოქმედებს და გენების მუშაობას არეგულირებს, სინამდვილეში შეიძლება დაბერების მთავარი მიზეზები იყოს.

ჩვენი უჯრედების ბირთვში არის DNA-ის რთული მოლეკულა, რომელიც გენეტიკური ინფორმაციის ხანგრძლივ შენახვას უზრუნველყოფს და შთამომავლობის გაგრძელებისა და ბიოლოგიური განვითარებისთვის საჭირო გენეტიკურ ინსტრუქციებს ატარებს. DNA-ში არსებული ინსტრუქციები გენებით გამოიხატება, ხოლო DNA-ის ინსტრუქციების მთელ ერთობლიობას გენომი ეწოდება. გენების სისტემატურ მუშაობას ეპიგენეტიკური მექანიზმები უზრუნველყოფს.

ეპიგენეტიკა მეცნიერების დარგია, რომელიც იკვლევს, როგორ შეიძლება გენებზე გავლენას ახდენდეს არაგენეტიკური ფაქტორები, მათ შორის ცხოვრების წესი და გარემო: მზის სინათლის ზემოქმედება, მოწევა, საკვები, ფიზიკური აქტივობა და ჰაერი, რომელსაც ვსუნთქავთ. ეპიგენეტიკური ცვლილებები DNA-ის თანმიმდევრობის ცვლილებები კი არ არის, არამედ გენების გამოხატვის, ანუ მათი „აქტიურად“ ან „არააქტიურად“ გამოხატვის ცვლილებებია. ეპიგენეტიკური ფაქტორები აკონტროლებს, რომელი გენებია უჯრედებში აქტიური ან პასიური. ეპიგენეტიკურ რეგულაციებსა და მექანიზმებში მონაწილე ყველა წარმონაქმნის ერთობლიობას ეპიგენომი ეწოდება.

ბიოლოგიური დაბერების პროცესს საფუძვლად მოლეკულური სტრუქტურებისა და, შესაბამისად, ფუნქციების ცვლილება უდევს. ბიომოლეკულების ენერგეტიკული მდგომარეობების ცვლილებები ენტროპიული ცვლილებების შედეგად ხდება. ენტროპია ნიშნავს კონცენტრირებული ენერგიის გაფანტვას, მიუხედავად იმისა, სისტემა ღიაა თუ დახურული. ენერგეტიკული მდგომარეობის ამ ცვლილებებთან ადაპტაციის უნარი მომწიფების პერიოდამდე შეიძლება შენარჩუნდეს. პროდუქტიულობის ან ნაყოფიერების პერიოდის შემდეგ ცოცხალ ორგანიზმებში არსებული ეს წონასწორობა თანდათან ირღვევა; ენერგეტიკული მდგომარეობების ცვლილების გამო მოლეკულების ინაქტივაცია უფრო სავარაუდო ხდება და ორგანიზმის იმუნიტეტი სუსტდება.

დაბერების მნიშვნელოვანი მიზეზი: ეპიგენეტიკური ინფორმაციის დაკარგვა

2023 წლის იანვარში Cell ჟურნალში გამოქვეყნებულმა კვლევამ აჩვენა, რომ ეპიგენომის ცვლილებებმა შეიძლება დაბერება დააჩქაროს ან უკუაქციოს.

მკვლევრებმა თაგვებში ადამიანის და სხვა ძუძუმწოვრების უჯრედებში ცხოვრების წესით ან გარემო ფაქტორებით გამოწვეული ზოგიერთი ცვლილება გაიმეორეს. შეამჩნიეს, რომ ეპიგენეტიკური ფუნქციის დამრღვევი ცვლილებები თაგვებს ბიოლოგიურად აბერებდა. კვლევის მეორე ნაწილში მკვლევრებმა ღეროვან უჯრედებში აქტიური გენების გამოყენებით გენური თერაპია ჩაატარეს. აღმოჩნდა, რომ გენურმა თერაპიამ მკვლევრების მიერ გამოწვეული დაბერებასთან დაკავშირებული ეპიგენეტიკური ცვლილებები უკუაქცია.

David Sinclair-მა, ჰარვარდის სამედიცინო სკოლის Blavatnik-ის ინსტიტუტის გენეტიკის პროფესორმა და Paul F. Glenn-ის დაბერების ბიოლოგიის კვლევის ცენტრის თანადირექტორმა, და მისმა გუნდმა დაბერებაში ეპიგენეტიკური ცვლილებების როლის შესახებ თავიანთი ჰიპოთეზები „ICE“ — ეპიგენომში გამოწვეული ცვლილებების — სისტემის გამოყენებით განახორციელეს. ამ სისტემაში თაგვების DNA-ში ჭრილობების გაკეთებით ეპიგენეტიკური ცვლილებები გამოიწვიეს და ძუძუმწოვრების უჯრედებში ცხოვრების წესით ან გარემო ფაქტორებით გამოწვეული ცვლილებები გაიმეორეს. ყურადღება მიაქციეს, რომ ხშირად გაჭრილი DNA-ის ცილის მაკოდირებელ ნაწილებში მუტაციები არ გამოეწვიათ.

ორგანიზმის ქრონოლოგიური, ანუ კალენდარული, ასაკი მის მიერ განვლილ დღეებს, თვეებსა და წლებს ეფუძნება, ბიოლოგიური ასაკი კი დაბერების ბიომარკერების საფუძველზე იზომება. ადამიანის ბიოლოგიური დაბერების ნიშნებს შორისაა მიტოქონდრიების, ჩვენი უჯრედების ენერგიის წყაროების, ფუნქციის დარღვევა და ტელომერების, ჩვენი ქრომოსომების დახურული ბოლოების, დამოკლება. ჩვენი ბიოლოგიური ასაკი შეიძლება ქრონოლოგიური ასაკისგან ძალიან განსხვავდებოდეს.

მკვლევრებმა ICE თაგვებში ეპიგენეტიკური ქაოსი დაინახეს, რაც მათი ჰიპოთეზების სისწორეს აჩვენებდა. დაფიქსირდა, რომ ეპიგენეტიკური ფაქტორების ჩვეულებრივი ფუნქციები შეჩერდა და ამის ნაცვლად ისინი ქრომოსომის ჭრილობებისკენ მიემართებოდნენ, აღდგენას ასრულებდნენ და თავდაპირველ ადგილებს უბრუნდებოდნენ. თუმცა დროთა განმავლობაში, როცა ზოგიერთმა ეპიგენეტიკურმა ფაქტორმა თავდაპირველ ადგილას დაბრუნება შეწყვიტა, ეპიგენეტიკური დარღვევები დაიწყო. კვლევაში არ არის მითითებული, რომელი ეპიგენეტიკური ფაქტორი მონაწილეობდა აღდგენაში და არ დაბრუნდა თავდაპირველ ადგილას.

შეამჩნიეს, რომ ეპიგენეტიკური დარღვევები ICE თაგვების ბიოლოგიური დაბერების ბიომარკერებს ზრდიდა და, შესაბამისად, ისინი უფრო ხანდაზმულად გამოიყურებოდნენ და იქცეოდნენ. ქსოვილებისა და ორგანოების ჯანმრთელობა გაუარესდა და მათი ფუნქცია დაირღვა, რადგან უჯრედები იდენტობას კარგავდნენ. ჩვენი ორგანიზმის ყველა უჯრედს ერთნაირი გენები აქვს, თუმცა ამავე დროს თითოეულს კანის, სისხლის, ძვლისა და სხვა უჯრედის იდენტობა აქვს. ICE თაგვების ბიოლოგიური ასაკის დასადგენად და იმავე ქრონოლოგიური ასაკის ICE-ის გარეშე თაგვების ბიოლოგიურ ასაკთან შესადარებლად მკვლევრებმა გამოთვლითი მოდელი გამოიყენეს. როცა იმავე ქრონოლოგიური ასაკის, ეპიგენეტიკური ცვლილებების გარეშე თაგვების ბიოლოგიური ასაკი ICE თაგვების ბიოლოგიურ ასაკს შეადარეს, აღმოაჩინეს, რომ ICE თაგვები მეტად დაბერდნენ.

ექსპერიმენტის დამატებით ნაწილში მკვლევრებმა ICE თაგვებს მისცეს გენი სახელად OSK, რომელიც ღეროვან უჯრედებში აქტიური Oct4, Sox2 და Klf4-ის კომბინაციაა, და გენური თერაპიის გავლენა ICE თაგვების დაბერების პროცესზე შეისწავლეს. მიუხედავად იმისა, რომ გენური თერაპიის შემდეგ უჯრედებმა დაკარგული ეპიგენეტიკური ინფორმაცია დაიბრუნეს, მკვლევრები დარწმუნებული არ არიან, რა და როგორ უწყობს ხელს ამ პროცესს. თუმცა განიხილება თეორია, რომ ძუძუმწოვრების უჯრედებს აქვთ ეპიგენეტიკური ინფორმაციის მსგავსი სარეზერვო სისტემა, რომელიც შესაბამის პირობებში შეიძლება ეპიგენეტიკური ფუნქციის განულებას ან აღდგენას დაეხმაროს.

სიცოცხლის გახანგრძლივებაზე Sinclair-ის ეს კვლევა აჩვენებს, რომ ეპიგენომის მანიპულაციამ შეიძლება დაბერება როგორც დააჩქაროს, ისე უკუაქციოს. ფიქრობენ, რომ ამ საკითხის შესახებ მეტი ცოდნა შეიძლება დაგვეხმაროს ასაკთან დაკავშირებული პროცესებისა და დაავადებების, მაგალითად ტიპი 2 დიაბეტის, გულ-სისხლძარღვთა დაავადებებისა და კოგნიტიური გაუარესების, პრევენციის ან უკუქცევის გზების პოვნაში. ამ მიღწევებით სიცოცხლის გახანგრძლივებასთან ერთად შეიძლება ხანდაზმულობის წლებში ცხოვრების ხარისხიც გაუმჯობესდეს. თაგვებზე ჩატარებული ამ წინასწარი კვლევის ფონზე საჭიროა მეტი კვლევა იმის დასადგენად, თუ როგორ შეიძლება ეპიგენეტიკური მანიპულაცია ადამიანებში პოტენციურად გამოიყენონ.