Dengan menaikkan beberapa gen utama dalam DNA cacing, para saintis telah memperluaskan jangka hayat haiwan sekitar 500%.
Itulah lompatan besar dalam kehidupan: Rata-rata bulu kusta hidup selama kira-kira tiga hingga empat minggu. Tetapi apabila tiada dua spesifik gen tertentu - DAF-2 dan RSKS-1 - makhluk dapat bertahan selama beberapa bulan.
Para saintis telah menghubungkan gen-gen ini kepada umur panjang yang lalu, dengan menyatakan peningkatan dalam jangka hayat cacing dan makhluk lain ketika gen ini dimatikan. Walau bagaimanapun, peranan sebenar gen dalam proses penuaan kekal sebagai misteri.
Sekarang, para penyelidik telah menghubungkan titik-titik antara kedua-dua gen dan mitokondria ini, kuasa-kuasa kecil yang memainkan fungsi sel di seluruh tubuh. Mitokondria mula berfungsi sebagai usia organisma, tetapi membungkam DAF-2 dan RSKS-1 nampaknya menangguhkan kerosakan ini dan memanjangkan jangka hayat - sekurang-kurangnya dalam cacing bulu, menurut satu kajian yang diterbitkan pada tahun 2019 dalam jurnal Cell Press.
Hanya masa yang akan memberitahu jika ubat anti-penuaan boleh berfungsi dalam mamalia, termasuk manusia.
Kesan domino
Para saintis mula-mula menyedari hubungan antara DAF-2 dan penuaan pada awal tahun 1990-an, apabila pasukan penyelidik mendapati bahawa cincin buluh hidup dua kali selagi normal apabila mereka membawa gen mutasi yang bermutasi. Lompatan mencari-memulakan era baru dalam kajian penuaan, satu didorong oleh gen dan produk sampingan mereka.
"Ia seperti pengubah permainan dalam bidang ... kerana orang mula mempercayai bahawa gen tunggal boleh memanjangkan jangka hayat," kata penulis bersama Pankaj Kapahi, seorang profesor di Buck Institute for Research on Aging di Novato, California, memberitahu Live Science .
Lama kelamaan, kumpulan penyelidikan menemui lebih banyak gen panjang umur, termasuk RSKS-1, tetapi bukti yang menunjukkan bahawa segmen khusus kod genetik tidak berfungsi secara berasingan. Sebaliknya, mereka menyelaraskan dengan satu kumpulan gen lain dan protein yang mereka bantu untuk membina, mencetuskan cascades aktiviti selular yang dikenali sebagai "laluan isyarat." Fikirkan laluan isyarat sebagai baris dominos - apabila satu domino ditenggelamkan, ia jatuh ke dalam satu lagi dan menetapkan tindak balas rantai yang rumit.
DAF-2 dan RSKS-1 masing-masing duduk dalam laluan isyarat penting, iaitu laluan isyarat insulin, yang membantu mengawal tahap gula darah dan metabolisme, dan laluan TOR, yang mengubah cara sel membina protein dan dengan demikian bagaimana mereka berkembang dan berkembang. Tetapi bagaimana jalur ini berpotongan dalam organisma penuaan tidak diketahui, kata Kapahi.
Untuk mengetahui di mana kesan anti-penuaan ini berasal, Kapahi dan rakan-rakannya mengintip pada sel-sel cacing mutan, di mana kedua-dua gen tersebut dimatikan. Menggunakan teknik yang dikenali sebagai "polysomal profiling," pasukan dapat menjejaki protein yang mana sel-sel sedang membina pada setiap saat tertentu. Semasa pembinaan protein, sel-sel boleh menggunakan pelbagai mekanisme untuk meningkatkan pengeluaran protein tertentu atau menyambung semulanya. Pasukan mendapati bahawa, dalam cacing mutan, sel-sel membina jauh lebih sedikit salinan protein yang disebut "cytochrome c" daripada cacing biasa.
Di sinilah mitochondria masuk ke dalam gambar:
Cytochrome c muncul di dalam membran dalaman mitokondria dan membantu melepaskan elektron bercas negatif melalui strukturnya. Pemindahan elektron dari protein ke protein membolehkan mitokondria menjana bahan api - tetapi dalam cacing mutan, jurang muncul di mana cytochrome c sepatutnya. Tidak dapat membuat bahan api dengan cekap seperti biasa, mitokondria menyambung semula pengeluaran tenaga dan sebaliknya memberi tumpuan kepada membaiki tisu-tisu yang rosak.
Sebagai kedai tenaga jatuh, enzim penginderaan bahan api yang dipanggil AMPK menendang ke gear tinggi, membantu menukar cacing ke bentuk metabolisme tenaga yang lebih cekap. Rantai peristiwa yang kompleks ini akhirnya menghasilkan cirit-birit yang hidup panjang yang sel-selnya kekal sihat dan sebahagian besar bebas dari kerosakan ke usia tua.
"Protein rosak dengan usia, dan anda melihat kerosakan yang kurang dengan jalur ini dihalang," kata Kapahi. Di samping itu, kajian menunjukkan bahawa sesetengah tisu, seperti yang terdapat di dalam otot dan otak, mungkin menjadi lebih sihat selagi laluan ini tetap disekat, katanya.
Dari cacing kepada manusia
Secara keseluruhannya, cacing mutan itu memanggil semula kedua-dua protein dan pengeluaran tenaga yang memihak kepada pembaikan sel penuaan mereka. Khususnya, kekurangan cytochrome c dalam sel-sel pembiakan haiwan kelihatan penting untuk proses ini, kata penulis. Mungkin cacing meletakkan proses yang berkaitan dengan pembiakan sementara dalam mod tenaga rendah, kata mereka.
Organisma bertindak balas dengan cara yang sama apabila ditolak ke dalam mod kebuluran - tanpa pemakanan yang mencukupi, isyarat selular memberitahu badan itu untuk mengambil "masa keluar" daripada bersiap untuk menghasilkan anak, kata Kapahi. Ide ini juga disokong oleh kajian tahun 1990an cacing bulat lama; Dalam kajian itu, cacing mutan hidup sebanyak dua kali selagi cacing normal, tetapi mereka juga menghasilkan kira-kira 20% anak yang kurang.
Jauh dari proses pasif, penuaan dalam ulat cacing seolah-olah melibatkan rentetan laluan biologi yang berantakan yang berfungsi bersama untuk mengawal metabolisme, pembinaan protein dan berpotensi membiak. Walaupun jalur yang sama ada pada manusia, saintis masih tidak tahu jika penuaan berfungsi dengan cara yang sama dalam kedua-dua organisma, kata Kapahi. Jika apa-apa, penuaan pada manusia boleh membuktikan lebih kompleks.
"Pemuliharaan adalah tidak mutlak dan perbezaan penting dalam laluan antara cacing dan mamalia ada," Dr. Joseph Avruch, seorang profesor perubatan di Harvard Medical School dan ketua unit diabetes di Massachusetts General Hospital, memberitahu Live Science dalam e-mel.
Walaupun memasuki isyarat dalam insulin dan laluan TOR nampaknya memanjangkan jangka hayat cacing, tidak jelas sama ada manusia akan mempunyai tindak balas yang sama.
"Sekiranya rangkaian gen yang dikenalpasti di sini ... berfungsi sama seperti dalam mamalia, maka campur tangan farmakologi menjadi layak," kata Avruch. Dalam erti kata lain, eksperimen anti-penuaan yang pertama kali dijalankan di cacing mesti direplikasi dalam mamalia sebelum seseorang tahu jika mereka mungkin dapat bekerja pada manusia.
Laluan yang terlibat dalam proses penuaan "mungkin sesuatu yang sangat spesifik untuk cacing itu," kata Kapahi. "Tetapi kita tidak akan pernah tahu jika kita tidak bertanya soalan ini."
