Крупные собаки стареют быстрее, и ученые нашли подсказку в их ДНК

Фото из открытых источников

Исследование 894 собак показало, как изменения в ДНК могут помочь объяснить различия в старении, продолжительности жизни и состоянии здоровья между крупными и мелкими породами. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.

Маленькая собака может прожить почти вдвое дольше, чем большая. Однако до сих пор не было ясно, стареет ли организм большой собаки быстрее или же собака просто умирает раньше. Изучив химические метки на ДНК 894 домашних собак, исследователи обнаружили доказательства того, что более крупные собаки действительно стареют быстрее на молекулярном уровне.

Наиболее существенные изменения наблюдались в участках ДНК, способных к самокопированию и перемещению по геному. Это говорит о том, что у крупных собак не просто более короткая продолжительность жизни. Исследование было сосредоточено на домашних животных, участвующих в проекте «Старение собак» — долгосрочном исследовании собак, живущих в обычных американских домах.

Анализ был проведен Блейзом Маринером, Брианой Маккой и Ноа Снайдер-Маклером из Университета штата Аризона. «Для любителей крупных собак наши результаты дают биологическую подсказку, почему время, которое они проводят с нами, часто короче», — пояснили они.

894 собаки, примерно половина из которых были чистокровными, а половина – метисами, сдавали кровь один раз в год в течение до четырех лет. Владельцам и их ветеринарам были разосланы наборы для взятия образцов крови, которые затем были отправлены в Техасский университет A&M. Затем ДНК была секвенирована в Финиксе в Институте трансляционной геномики, всего было секвенировано 1640 образцов в период с 2021 года по начало 2024 года.

В этой ДНК команда исследователей измеряла не сам генетический код, а небольшие химические метки, прикрепленные к нему. Эти метки помогают определить, какие гены включаются, а какие выключаются.

Биологи называют эти метки метилированием ДНК, и их структура предсказуемым образом меняется по мере старения животного. Модель, которая определяет возраст по этим меткам, называется эпигенетическими часами. Установленные здесь часы позволяли предсказывать возраст собаки в среднем с точностью до года.

Точность измерений оказалась ниже для собак, чьи дни рождения владельцы оценили приблизительно, а не зафиксировали, что, по мнению авторов, вероятно, отражает неточность оценок, а не неисправность часов. Это делает его потенциальным инструментом для ветеринаров, которым необходимо узнать возраст собаки, дата рождения которой не указана.

В одном и том же календарном возрасте у крупных собак и кобелей химический состав крови соответствовал более старому животному. Известно, что обе группы живут меньше, чем маленькие собаки и самки. В обеих группах процесс старения, по-видимому, сжат до меньшего количества лет.

Часы также предсказывали выживаемость. В ходе исследования 121 из 894 собак умерли в течение двух лет после сдачи образца. За каждый год, на который молекулярный возраст собаки превышал ее фактический возраст, риск смерти в течение следующих двух лет увеличивался примерно на 15 процентов. Это оставалось неизменным даже после учета размера и пола.

У людей аналогичные биологические часы предсказывают увеличение риска смерти примерно на 1,5–3 процента за каждый дополнительный год молекулярного возраста. Поэтому у собак этот сигнал гораздо сильнее.  Авторы предположили, что это, вероятно, связано с тем, что собаки живут гораздо меньше.

Маккой поясняет, что это закономерности, наблюдаемые у многих собак, а не предсказание того, сколько проживет та или иная собака. Понимание этих изменений в конечном итоге поможет определить способы продления здоровой жизни собак.

Примерно 42 процента исследованных группой участков ДНК изменились с возрастом, и большинство из них со временем утратили свои химические метки. Эта потеря была особенно распространена в одном типе ДНК: повторяющихся последовательностях, способных копировать себя и вставлять копию в другое место генома.

Биологи называют их транспозабельными элементами или прыгающими генами, а химические метки помогают держать их под контролем. У крупных собак гены, отвечающие за прыжки, с возрастом теряли свои признаки примерно на 31 процент быстрее, чем у мелких собак. В местах, где эти гены активируются, разница между крупными и мелкими собаками составляла менее половины этой величины.

Наибольший разрыв наблюдался в самых молодых семействах «прыгающих» генов, тех, которые распространились по геному сравнительно недавно. В одной из семей, в которой наблюдалось увеличение численности предков собак и их диких родственников, влияние возраста было на 43,5 процента сильнее у крупных собак.

«У крупных собак, особенно в некоторых эволюционно более молодых семействах этих последовательностей, количество химических меток, помогающих контролировать эти элементы, снижалось с возрастом сильнее», — объясняют ученые.

У кобелей старение происходило быстрее, но не в тех же местах. У них более выраженное старение было сосредоточено на Х-хромосоме, где возрастные изменения были примерно на 28 процентов сильнее у самцов, чем у самок. На других хромосомах у самок наблюдались несколько более выраженные возрастные изменения. 

Крупные собаки, напротив, отличались от маленьких собак по всему геному, и рисунок шерсти у крупных собак напоминал рисунок шерсти у старых собак. Из 38 генных переключений, различающихся как по размеру, так и по возрасту, 37 были более выражены у крупных и старых собак.

Некоторые из них связаны с IGF1, геном роста, который давно связывают с размером тела у собак. Молекулярное старение также происходило быстрее всего у молодых собак и замедлялось с возрастом, что команда смогла наблюдать, поскольку из года в год брала образцы у одних и тех же собак.

А среди генов, изменяющихся с возрастом, было много генов иммунной системы, смещающихся в том же направлении, что и у стареющих людей. Авторы отмечают, что это сходство является одной из причин, по которой изучение собак-компаньонов может помочь объяснить старение у обоих видов.

В исследовании измерялись метки, а не то, что делали прыгающие гены. Вопрос о том, действительно ли это приводит к повышению активности у крупных собак и причиняет ли это какой-либо вред, пока не проверен. Авторы называют эту идею пока умозрительной.

«Это дает нам интригующую зацепку, хотя мы еще не доказали, что эти элементы становятся более активными или напрямую способствуют развитию заболевания», — говорит Маккой.

Авторы делают проверяемое предсказание. Если они правы, то потеря меток в самых молодых семействах генов, отвечающих за прыжки, должна происходить одновременно с воспалением, раком и смертью или предшествовать им, особенно у крупных собак. За собаками здесь наблюдали не более четырех лет, что составляет примерно четверть средней продолжительности жизни собаки.

По словам авторов, исследования, в которых за собаками наблюдают дольше и измеряют больше параметров, чем просто пометки на бирках, могли бы напрямую проверить эту идею.

Но размер — лишь один из факторов, влияющих на старение. «Даже внутри одной породы и даже среди собак одинакового размера и возраста некоторые животные остаются энергичными, в то время как у других возрастные заболевания развиваются гораздо раньше», — объясняют ученые. «Это более широкий вопрос для нас: теперь, когда мы можем измерять молекулярный возраст, можем ли мы объяснить, почему собаки с одинаковым днем рождения достигают разного возраста?»

По мнению Снайдер-Маклер, эти различные пути развития являются результатом действия генов и, что более важно, окружающей среды. Сейчас его команда использует подробные записи о жизни каждой собаки, полученные в рамках проекта, чтобы выяснить, какие именно события влияют на темпы молекулярного старения.