Холод запускает молекулярный механизм, увеличивающий продолжительность жизни

Фото из открытых источников

Что касается здоровья, то не все температуры одинаковы. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что низкие температуры загадочным образом благотворно влияют на долголетие, способствуя ускорению метаболизма и оказывая положительное воздействие на клеточном уровне.

С другой стороны, чрезмерная жара тоже не приносит пользы человеческому организму. Но что же такого полезного в холоде по сравнению с ним?

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые выявили механизм, способствующий этому эффекту, который обусловлен метаболическим веществом, называемым дигидробиоптерином (BH2).

«Мы рады показать, что умеренно низкие температуры вызывают значительное образование специфического метаболита, BH2, который синтезируется, накапливается и впоследствии высвобождается мышечной тканью», — говорит молекулярный биолог Давид Вильчес из Кёльнского университета в Германии. «Затем BH2 перемещается в другие части тела, где помогает поддерживать белковый гомеостаз и способствует здоровью тканей в процессе старения».

Хотя ученым уже более века известно, что низкие температуры увеличивают продолжительность жизни животных, включая червей, мух, рыб и грызунов, исследователи до конца не понимали, как именно холод способствует этому.

Первоначально ученые предполагали, что это может быть результатом пассивных термодинамических эффектов, но в последнее время исследования показывают, что увеличение продолжительности жизни под воздействием холода — это активно регулируемый процесс внутри организма, запускающий специфические биологические пути, которые помогают организмам выживать.

Несколько лет назад Вильчес и его коллеги обнаружили, что низкие температуры приводят к удалению вредных белковых скоплений у нематоды Caenorhabditis elegans, активируя клеточные структуры, называемые протеасомами, которые расщепляют белковые отходы.

В новой работе исследователи изучили системные сигналы, лежащие в основе таких реакций, выдвинув гипотезу о возможном участии метаболитов — небольших молекул, образующихся в результате метаболических процессов.

В экспериментах с Caenorhabditis elegans исследователи обнаружили, что воздействие умеренно низких температур (15 °C, что продлевает продолжительность жизни червей) увеличивает выработку фермента CAT-4, главным образом в мышцах червей, что, в свою очередь, стимулирует выработку метаболита BH2.

После образования BH2 транспортируется в другие ткани, где он превращается в биоактивную молекулу, называемую тетрагидробиоптерином (BH4), которая позволяет ферменту PAH-1 производить аминокислоту тирозин.

Исследователи обнаружили, что нарушение этого пути снижает преимущества в продолжительности жизни, наблюдаемые у червей, подвергшихся воздействию холода, что позволяет предположить, что эффекты увеличения продолжительности жизни при более низких температурах не являются просто пассивным следствием замедления метаболизма, а частично обусловлены активно регулируемым биологическим процессом, который начинается с мышечных клеток.

В отдельных экспериментах исследователи обнаружили, что выявленный ими сигнальный путь также способствует поддержанию здорового белкового гомеостаза (или протеостаза), подавляя агрегацию вредных белков в модели болезни Хантингтона на червях.

«Эти результаты позволяют предположить, что целенаправленное воздействие на одну ткань, например, мышцы, может обеспечить защиту всего организма», — говорит Вильчес. «Это открывает новые возможности для терапевтических подходов».

Пожалуй, самым захватывающим открытием стало то, что исследователи обнаружили доказательства, свидетельствующие о том, что низкие температуры не являются необходимым условием для функционирования этого пути.

Генетически повысив уровень CAT-4 в мышцах червей, команда смогла продлить их жизнь даже при нормальных или более высоких температурах, что позволяет предположить возможность воспроизведения некоторых преимуществ холода без снижения температуры тела.

«Мы были искренне удивлены, обнаружив, что добавление питательных веществ значительно продлевает срок жизни, даже при стандартных и более высоких температурах», — говорит Вильчес. «Дальнейшие эксперименты на клетках человека побуждают нас искать методы лечения, которые имитируют благотворное воздействие холода, не требуя при этом изменения температуры тела».

В отдельных экспериментах с использованием человеческих клеток, модифицированных для выработки белков, связанных с болезнью Хантингтона и боковым амиотрофическим склерозом (БАС), исследователи обнаружили, что добавление BH2 в клетки снижает накопление аномальных белков.

Кроме того, другой эксперимент показал, что добавление BH2 и тирозина снижает признаки запрограммированной клеточной смерти в человеческих двигательных нейронах, несущих мутацию, связанную с БАС, что позволяет предположить, что этот путь также может помочь защитить от нейродегенерации.

Стоит подчеркнуть, что пока эти результаты были продемонстрированы только в экспериментах с участием нематод и клеток человека, и нам потребуется гораздо больше исследований, прежде чем мы сможем подумать о том, как безопасно перенести эти эффекты на живых пациентов.

Но полученные результаты показывают, что мы приближаемся к пониманию того, как холод способствует увеличению продолжительности жизни, и однажды мы, возможно, сможем это понять.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний