Как диета влияет на продолжительность жизни плодовых мушек: ключ в метаболизме
Уровень нескольких малых молекул, участвующих в метаболизме клетки, может указывать, продлит ли низкокалорийная диета жизнь, сократит её или не окажет эффекта. К такому выводу пришли учёные, изучая плодовых мушек.
Результаты показывают, что анализ уровня малых молекул в клетках — подход, называемый метаболомикой, — может помочь понять, как ограничение калорий влияет на старение и как гены, среда и другие факторы определяют индивидуальный ответ на такую диету.
Метаболизм клетки включает базовые химические реакции, необходимые для её развития, выживания и размножения. Малые молекулы, участвующие в этих реакциях и образующиеся в их результате, называются метаболитами. К ним относятся аминокислоты (строительные блоки белков), сахара и жиры (расщепляемые для получения энергии) и продукты этих реакций. Совокупность этих молекул составляет метаболом.
В новом исследовании учёные из University of Washington (UW) совместно с коллегами из Buck Institute for Research on Aging изучали, как низкокалорийные диеты могут продлевать жизнь разным генетическим линиям мушек. Хотя такие диеты продлевают жизнь дрожжам, червям, мушкам и мышам, их эффект не универсален. У одной генетической линии мушка может прожить дольше, у другой — эффекта не будет или жизнь даже сократится.
Генетические различия между линиями играют роль, но выявить важные гены сложно: у плодовой мушки около 14 000 генов. Метаболом же, по словам старшего автора работы Дэниела Промислоу, «фильтрует» вариации сложных процессов (экспрессия генов, транскрипция, синтез белков), сводя их к меньшему числу метаболитов, которые проще измерить и которые ближе к изучаемому признаку.
Исследователи сравнили уровни 105 метаболитов у мушек 178 генетических линий, которых кормили обычной или ограниченной диетой, и проанализировали связь между диетой, уровнем метаболитов и изменением продолжительности жизни.
«Диетическое ограничение кардинально перестраивало метаболом единообразно у всех 178 генотипов плодовых мушек», — сказала ведущий автор Келли Джин.
Изменения затронули уровни ключевых аминокислот для синтеза белков и метаболитов, вовлечённых в путь альфа-кетоглутарат/глутамин, который связан с генерацией энергии.
Генетический анализ выявил лишь один ген, чётко ассоциированный с ответом продолжительности жизни на диету. Тогда учёные применили новый статистический инструмент — сетевой анализ — чтобы связать метаболиты с изменениями в продолжительности жизни, а затем найти гены, связанные с этими метаболитами.
Этот подход позволил выявить несколько значимых генов, включая вариант гена CCHa2-R. Он кодирует рецептор нейропептида в мозге и кишечнике, участвующий в восприятии питательных веществ и чувстве насыщения.
«Наши результаты показывают, как изучение метаболома организма не только помогает выявить генетическую вариацию, лежащую в основе сложных признаков, но и объяснить механизмы, обуславливающие вариацию этих признаков», — резюмировала Келли Джин.