کشف یک مکانیسم جدید در بدن برای کنترل روند پیری

یک مطالعه پیشگامانه توسط محققان دانشگاه نورث وسترن، مکانیسمی را کشف کرده است که پیش از این ناشناخته بود و می تواند روند پیری را کنترل کند.

به گزارش تکناک، این تیم با استفاده از هوش مصنوعی، داده‌های گسترده‌ای از بافت‌های انسان، موش و کوسه را تجزیه و تحلیل کردند. آنها کشف کردند که طول ژن ها نقش مهمی در تغییرات مولکولی که در زمان پیری رخ می دهد بازی می کند.

همه سلول ها باید فعالیت ژن های بلند و کوتاه را متعادل کنند. محققان متوجه شدند که ژن‌های طولانی‌تر با طول عمر بیشتر و ژن‌های کوتاه‌تر با طول عمر کوتاه‌تر مرتبط هستند. همچنین آنها متوجه شدند که ژن های مربوط به پیری فعالیت خود را بر اساس اندازه طول تغییر می دهند. به طور خاص، پیری با تغییر فعالیت به سمت ژن های کوتاه همراه است. این مسئله باعث می شود که فعالیت ژن در سلول ها نامتعادل شود.

با کمال تعجب، اطلاعات بدست آمده تقریباً در سطح جهانی صادق بود. محققان این الگو را در چندین موجود مختلف، از جمله انسان، و در بسیاری از بافت‌ها (خون، ماهیچه، استخوان و اندام‌ها، از جمله کبد، قلب، روده، مغز و ریه‌ها) که در این مطالعه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند، کشف کردند.

یافته جدید به طور بالقوه می تواند منجر به مداخلاتی شود که برای کاهش و کنترل روند سرعت پیری یا حتی معکوس کردن آن طراحی شده است. این مطالعه اخیرا در مجله Nature Aging منتشر شده است.

توماس استوگر از دانشگاه نورث وسترن، که این مطالعه را رهبری کرد، گفت: تغییرات در فعالیت ژن ها بسیار بسیار کوچک است و این تغییرات کوچک شامل هزاران ژن می شود. ما متوجه شدیم که این تغییر در بافت‌های مختلف و در حیوانات مختلف سازگار است. تقریباً همه جا این تغییرات را پیدا کردیم. به نظر من خیلی زیباست که یک اصل واحد و نسبتاً مختصر به نظر می‌رسد که تقریباً تمام تغییرات در فعالیت ژن‌ها را که در حیوانات با افزایش سن روی می‌دهد، توضیح می‌دهد.

لوئیس A.N از نورث وسترن گفت: عدم تعادل ژن‌ها باعث پیری می‌شود، زیرا سلول‌ها و اندام ها برای حفظ تعادل یعنی چیزی که پزشکان به عنوان هموستاز از آن یاد می‌کنند، فعالیت می کنند. تصور کنید یک پیشخدمت درحال حمل کردن یک سینی بزرگ است. در آن سینی باید همه چیز متعادل باشد. اگر سینی متعادل نباشد، پیشخدمت باید تلاش بیشتری برای مبارزه با عدم تعادل انجام دهد. اگر تعادل در فعالیت ژن های کوتاه و بلند در یک موجود زنده تغییر کند، دقیقا همین اتفاق می افتد. در حقیقت پیری مثل این عدم تعادل است. به نظر نمی رسد تغییرات کوچک در ژن ها چیز مهمی باشد، اما این تغییرات ظریف بر شما تأثیر می گذارد و بدن شما برای حفظ تعادل به تلاش بیشتری نیاز دارد.

بررسی سنین مختلف

برای انجام این مطالعه، محققان از مجموعه داده‌های بزرگ مختلفی استفاده کردند.

تیم تحقیقاتی ابتدا نمونه های بافت موش های 4 ماهه، 9 ماهه، 12 ماهه، 18 ماهه و 24 ماهه را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. آنها متوجه شدند که طول متوسط ​​ژن ها بین سنین 4 ماهگی تا 9 ماهگی تغییر می کند که این یافته حاکی از یک فرآیند با شروع اولیه است. سپس، تیم نمونه‌هایی را از موش‌های 6 ماهه تا 24 ماهه و ماهی‌ها در سنین 5 تا 39 هفته بررسی کردند.

استوگر گفت: به نظر می رسد در اوایل زندگی تغییری در هموستاز رخ می دهد، اما با افزایش سن، این تغییر بیشتر مشخص می شود. به نظر می رسد که سلول های ما در سنین جوانی قادر به مقابله با اختلالاتی هستند که منجر به عدم تعادل در فعالیت ژن می شود. سپس بطور ناگهانی، سلول های ما دیگر قادر به مقابله با آن نیستند.

پس از تکمیل این تحقیق، محققان توجه خود را به انسان ها معطوف کردند. آنها تغییرات ژن های انسان را از سنین 30 تا 49، 50 تا 69 و سپس 70 سال و بالاتر بررسی کردند. تغییرات قابل اندازه گیری در فعالیت ژن با توجه به طول ژن ،تا زمانی که انسان به میانسالی رسید رخ داده است.

آمارال گفت: نتایج در انسان ها بسیار قوی بود زیرا ما نمونه های بیشتری برای انسان نسبت به سایر حیوانات داریم. همچنین این نتایج در انسان ها جالب تر بود زیرا همه موش هایی که ما مورد مطالعه قرار دادیم از نظر ژنتیکی و جنسیتی یکسان و همچنین در شرایط آزمایشگاهی یکسانی بزرگ شده اند، اما انسان ها همه متفاوت هستند. همه موش ها به دلایل مختلف و در سنین مختلف مردند. ما نمونه هایی از مردان و زنان را به طور جداگانه تجزیه و تحلیل کردیم و الگوی مشابهی پیدا کردیم.

سطح سیستم بدن تغییر می کند

در همه حیوانات، محققان متوجه تغییرات ظریفی در هزاران ژن مختلف در نمونه‌های آزمایشگاهی شدند. این بدان معنی است که فقط یک زیرمجموعه کوچک از ژن ها به پیری کمک نمی کنند. در عوض، پیری با تغییراتی در سطح سیستم بدن مشخص می شود.

این دیدگاه با رویکردهای بیولوژیکی رایجی که اثرات تک ژن ها را مطالعه می کنند، متفاوت است. از زمان شروع مطالعه ژنتیک مدرن در اوایل قرن بیستم، بسیاری از محققان انتظار داشتند که بتوانند بسیاری از پدیده های پیچیده بیولوژیکی را به تک ژن ها نسبت دهند.در حالی که برخی از بیماری‌ها، مانند هموفیلی، از جهش‌های تک ژنی ناشی می‌شوند، رویکرد محدود به مطالعه ژن‌های منفرد، هنوز به توضیحی برای تغییرات بی‌شماری که در بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی و پیری رخ می‌دهد منجر نشده است.

آمارال گفت: ما عمدتاً روی تعداد کمی از ژن‌ها تمرکز کرده‌ایم و فکر می‌کنیم که چند ژن مختلف می‌توانند در رابطه بیماری ها توضیح دهند. بنابراین، شاید قبلاً روی چیز درستی تمرکز نکرده بودیم. اکنون که این درک جدید را پیدا کردیم، انگار که یک ساز جدید داریم. مانند گالیله که با تلسکوپ به فضا نگاه می کرد، نگاه کردن به فعالیت ژن از طریق این لنز جدید، ما را قادر می سازد تا پدیده های بیولوژیکی را متفاوت تر از قبل بررسی کنیم.

بینش طولانی

پس از گردآوری مجموعه داده های بزرگ، که بسیاری از آنها در مطالعات دیگر توسط محققان دانشکده پزشکی Feinberg دانشگاه نورث وسترن و در مطالعات خارج از Northwestern مورد استفاده قرار گرفتند، استوگر ایده ای جدید را برای بررسی ژن ها بر اساس طول آنها مطرح کرد.

طول یک ژن بر اساس تعداد نوکلئوتیدهای درون آن بررسی می شود. هر رشته از نوکلئوتیدها به یک اسید آمینه تبدیل می شود که سپس این اسیدهای آمینه پروتئینی را تشکیل می دهد. بنابراین، یک ژن بسیار طولانی، پروتئین بزرگی تولید می کند و یک ژن کوتاه پروتئین کوچکی تولید می کند. طبق گفته های استوگر و آمارال، یک سلول برای رسیدن به هموستاز باید تعداد متعادلی از پروتئین های کوچک و بزرگ را داشته باشد. مشکلات زمانی رخ می دهند که این تعادل از حالت عادی خارج شود.

اگرچه محققان متوجه شدند که ژن‌های طولانی با افزایش طول عمر مرتبط هستند، ژن‌های کوتاه نیز نقش مهمی در بدن دارند. به عنوان مثال، از ژن های کوتاه برای کمک به مبارزه با عوامل بیماری زا استفاده می شود.

استوگر گفت: برخی از ژن‌های کوتاه می‌توانند مزیت کوتاه‌مدتی بر بقای خود داشته باشند و این مزیت به قیمت عمر آنها است. بنابراین، خارج از یک آزمایشگاه تحقیقاتی، این ژن‌های کوتاه ممکن است به بقای خود در شرایط سخت و به قیمت کاهش طول عمر نهایی جانداران کمک کنند.

ارتباط مشکوک با اثرات طولانی مدت کووید-19

این یافته همچنین ممکن است به توضیح اینکه چرا بدن با افزایش سن برای بهبودی نسبت به بیماری ها زمان بیشتری می برد، کمک کند. مثلا با یک آسیب ساده مانند برش کاغذ، پوست یک فرد مسن زمان بیشتری برای بهبودی نیاز دارد و این اتفاق به دلیل عدم تعادل میان ژن ها است، یعنی سلول ها ذخایر کمتری برای مقابله با آسیب دارند.

آمارال توضیح می دهد که بدن به جای اینکه فقط با بریدگی برخورد کند، باید با این عدم تعادل فعالیت نیز مقابله کند. این مسئله می تواند توضیح دهد که چرا با گذشت زمان با افزایش سن، چالش های پیش رو را مانند زمانی که جوان تر بودیم مدیریت نمی کنیم.

آمارال گفت: ما مواردی را مشاهده کرده ایم که عفونت ها که عمدتاً عفونت های ویروسی هستند، منجر به مشکلات دیگری در زندگی آینده می شوند. برخی از عفونت های ویروسی می توانند منجر به سرطان نیز شوند. آسیب از محل عفونی دور می‌شود و سایر نواحی بدن ما را تحت تأثیر قرار می‌دهد، که آن ناحیه بعدا کمتر قادر به مبارزه با چالش‌های محیطی است.

امید به مداخلات پزشکی

محققان بر این باورند که یافته‌های آنها می‌تواند زمینه‌های جدیدی را برای توسعه درمان‌هایی که برای معکوس یا کند کردن پیری طراحی شده‌اند، باز کند. محققان استدلال می‌کنند که درمان‌های کنونی برای درمان بیماری، به جای خود پیری، صرفاً نشانه‌های پیری را کنترل میکند. آمارال و استوگر آن را با استفاده از تیلنول برای کاهش تب به جای درمان بیماری که باعث تب شده است مقایسه می کنند.

آمارال گفت: تب به دلایل متعددی می تواند رخ دهد. این عارضه می تواند ناشی از عفونت باشد که برای درمان آن نیاز به آنتی بیوتیک دارد، یا ناشی از آپاندیسیت باشد که نیاز به جراحی دارد. در اینجا هم همین موضوع عدم تعادل فعالیت ژنی است. اگر بتوان به اصلاح عدم تعادل کمک کرد، می توان با این کار به کنترل روند پیری نیز کمک کرد.