Уменьшение калорий увеличивает продолжительность жизни

Используя глубокий анализ последовательности ДНК, ученые обнаружили эпигенетический механизм, который может объяснить, почему ограниченное потребление калорий увеличивает продолжительность жизни. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature Communications.

Актуальность проблемы

Уже в 1935 году ученые доказали, что ограничение потребления калорий может значительно увеличить продолжительность жизни млекопитающих. Новые исследования приближают нас к пониманию того, почему это возможно. Исследователи из Университета Темпла (Temple University) в Филадельфии, штат Пенсильвания, раскрыли механизм, который мог бы объяснить, почему ограничение калорий оказывает такое благотворное влияние на продолжительность жизни. Авторы научной работы также предполагают, что эпигенетические механизмы могут определять, почему некоторые млекопитающие живут дольше других.

Метилирование ДНК является общим эпигенетическим механизмом. Организмы от грибов до людей используют его для регулирования экспрессии генов, т.е. для определения, какая копия гена включена, а какая отсутствует.

«Метилирование ДНК устойчиво развивается на протяжении всей жизни, причем метилирование увеличивается в некоторых областях генома и снижается в других», — говорит Жан-Пьер Исса (Jean-Pierre Issa).

Метилирование представляет собой биохимическую модификацию ДНК, которая создает «метки» на генах, и эти метки контролируют идентичность клеток (почему она является клеткой крови или клеткой кожи и почему она становится раковой).

Самый простой способ представить эти теги — это провести аналогию с «закладками», которые говорят клетке, что делать и когда. Если эти закладки отсутствуют или изменены, то клетка теряет свою идентичность.

Предыдущие исследования показали, что метилирование ДНК имеет тенденцию дрейфовать с возрастом. Однако, ранее не было известно, существует ли связь между дрейфом метилирования и продолжительностью жизни.

Материалы и методы исследования

Чтобы исследовать это, Исса изучил образцы крови мышей, обезьян и людей разного возраста. Возраст мышей составлял от нескольких месяцев до 3 лет, возраст обезьян варьировался от нескольких месяцев до 30 лет, а возраст человека — до 86 лет. Используя методы глубокого секвенирования, исследователи проанализировали ДНК, взятую из крови.

Результаты научной работы

Анализ выявил «увеличение и снижение метилирования ДНК» в определенных местах генома. В частности, у пожилых людей были случаи увеличения метилирования в определенных геномных местах, где у молодых людей были снижения. Чем больше метилирование генома, тем меньше генов были выражены, и наоборот. Дальнейшие анализы ДНК выявили обратную корреляцию между дрейфом метилирования и продолжительностью жизни. Чем больше и быстрее происходило эпигенетических изменений, тем короче продолжительность жизни каждого вида.

«Чем больше изменений, тем старше человек или животное», — сказал Исса. «Наше исследование показывает, что эпигенетический дрейф, который характеризуется приростами и снижением метилирования ДНК в геноме с течением времени, происходит быстрее у мышей, чем у обезьян, и быстрее у обезьян, чем у людей».

В среднем, мыши живут от 2 до 3 лет, макаки-резус примерно 25 лет, а люди около 70 лет.

«Наш следующий вопрос: может ли изменение эпигенетического дрейфа увеличить продолжительность жизни», — объясняет Исса.

Исследователи ограничили потребление калорий у мышей на 40%, и на 30% у обезьян. Калорийность пищи была ограничена в течение длительного периода времени. Исследование показало, что уменьшение калорийности привело к изменениям метилирования у обоих вида, которые сопоставимы с изменениями у молодых аналогов. Результаты заставили предположить, что эпигенетический дрейф был определяющим фактором продолжительности жизни у млекопитающих.

«Влияние калорийного ограничения на продолжительность жизни известно давно, но благодаря современным методам мы можем впервые продемонстрировать замедление эпигенетического дрейфа по мере увеличения продолжительности жизни», — говорит Исса.

«Ученые ранее сосредоточились на других молекулярных исследованиях, чтобы объяснить старение и эффективность калорий (например, учитывались длина теломер, повреждение ДНК, обмен веществ и т. д.), но мы предполагаем, что изменение метилирования может играть важную роль в старении».

Выводы могут иметь серьезные последствия для возрастных заболеваний, включая диабет, рак, сердечно-сосудистые заболевания и некоторые нейродегенеративные заболевания.

Авторы другого исследования утверждают, что метаболические процессы помогают легко определить скорость старения.

Литература

Maegawa S Lu Y Tahara T Lee J Madzo J et. al. Caloric restriction delays age-related methylation drift // Nature Communications — 2017 — vol: 8 (1) — pp: 539