Толерантность к стрессу — это «компромисс» при старении дрозофил
Старение связано с повреждением и дегенерацией клеток, что ведёт к потере функций, уязвимости к болезням и в итоге к смерти. Характерный признак старения — прогрессирующий упадок нервной системы, включая двигательные и когнитивные функции. Естественные вариации в стареющих популяциях осложняют изучение факторов поведенческого упадка. Поскольку старение у человека идёт медленно, выявление его биомаркеров и предсказание индивидуальных различий — сложная задача.
Нейробиологи из Флоридского Атлантического университета, используя плодовую мушку (D. melanogaster), которая быстро стареет (живёт около 60 дней), исследовали влияние гена foraging (for) на старение и стрессоустойчивость.
При дефиците кислорода у большинства организмов клетки мозга теряют гомеостаз и подвергаются окислительному стрессу. Дрозофилы же замедляют метаболизм и впадают в обратимую кому, что позволяет им выживать в суровых условиях. Фермент протеинкиназа G (PKG), кодируемая геном for, регулирует многие процессы, включая синаптическую передачу и функцию нейронов.
Известно, что различия в гене for ответственны за разную нейрозащиту при тяжёлом окислительном стрессе. Этот ген консервативен у многих видов и связан с поведенческими и физическими чертами, включая устойчивость к стрессу. Однако влияние возраста на поведение и стрессоустойчивость оставалось неясным.
В исследовании, опубликованном в Journal of Experimental Biology, учёные впервые показали, что уровни PKG влияют на ухудшение состояния при старении с выраженным поведенческим компонентом. Они обнаружили, что ген for обеспечивает защиту при гипоксическом стрессе (недостатке кислорода) ценой сокращения продолжительности жизни и снижения двигательной активности с возрастом. Это компромисс: высокая устойчивость к стрессу повышает приспособленность в раннем возрасте, но снижает продолжительность жизни и активность в позднем.
Результаты исследования:
- При тяжёлой аноксии (1% кислорода) мухи с высоким уровнем PKG быстрее впадают в кому, и это верно как для молодых, так и для старых особей.
- PKG влияет на стрессоустойчивость старых мух и в условиях гипоксии (3% кислорода): особи с низким уровнем PKG значительно повышают активность во время стресса.
- Тот же эффект с возрастом наблюдается и в нормоксических условиях (21% кислород), что указывает: сам возраст является стрессом.
- Мухи с низким PKG живут дольше.
«Понимая функциональный спад, мы сможем найти биомаркеры старения и определить терапевтические вмешательства для противодействия его вредным эффектам», — говорит Кен Доусон-Скалли, доктор философии, соавтор исследования.
Функциональное старение (возрастное снижение физиологических и поведенческих функций) может регулироваться плейотропными генами, которые контролируют более одного признака. Антагонистическая плейотропия возникает, когда один признак полезен для приспособленности организма, а другой — вреден. Такие генетические «компромиссы» между ранней и поздней жизнью изучаются на моделях старения, включая дрозофил.
«Наши результаты делают плодовую мушку очевидным выбором для исследования потенциальных заболеваний, связанных с дисфункцией энергетического обмена», — отмечает соавтор работы Стефани П. Келли, доктор философии.