В первом в своем роде исследовании ученые сравнили частоту мутаций ДНК в клетках различных видов млекопитающих — от кролика до жирафа и, конечно, человека. Результаты работы подтверждают давнюю теорию, связывающую частоту мутаций с продолжительностью жизни, старением и развитием раковых заболеваний.
Исследователи изучили частоту соматических мутаций у ряда млекопитающих — от кролика до жирафа. / © Ayesha Cantor
Генетические изменения, известные как соматические мутации, происходят во всех соматических (то есть всех, кроме половых) клетках организма на протяжении его жизни. Это естественный процесс, при котором, например, соматические клетки человека приобретают от 20 до 50 мутаций в год. Большинство таких мутаций безвредны, поскольку не затрагивают жизненно важные участки ДНК, но некоторые из них могут нарушить нормальное функционирование клетки и даже способствовать ее превращению в раковую.
Еще с 50-х годов прошлого века ряд ученых предполагали, что эти мутации могут играть немалую роль в старении клеток и всего организма. Однако сложность наблюдения за соматическими мутациями в отдельных клетках затрудняла изучение этой возможности. Лишь в последние несколько лет технологический прогресс в размножении и секвенировании единичных клеток организма позволил наблюдать такие генетические изменения, а значит, ответ на этот давний вопрос, наконец, может быть найден.
Еще один вопрос из прошлого века — парадокс Пето. Он был сформулирован английским статистиком и эпидемиологом Ричардом Пето в 1977 году и заключается в следующем: если рак развивается из отдельных клеток, виды с более крупными телами (и, следовательно, с большим количеством клеток) теоретически должны иметь более высокий риск развития онкологических заболеваний. Тем не менее ранее неоднократно было показано, что заболеваемость раком у животных не зависит от размера их тела.
Разрешений у парадокса может быть несколько. Например, наиболее вероятным считается, что виды животных с крупными телами просто развили более совершенные клеточные механизмы для предотвращения развития рака. Но до сих пор неясно, выступает ли одним из таких механизмов снижение накопления генетических изменений в их тканях.
Группа ученых из Великобритании решила проверить эти теории, изучив соматические мутации у 16 видов млекопитающих, охватывающих широкий диапазон продолжительности жизни и масс тела. Среди исследованных видов: человек, обезьяна, мышь, кошка, лев, тигр, собака, жираф и долгоживущий голый землекоп с известной высокой устойчивостью к раковым заболеваниям. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Авторы работы обнаружили, что соматические мутации накапливаются линейно с течением времени, их вызывают сходные механизмы у всех изученных видов, включая людей, несмотря на их существенные различия. При этом частота соматических мутаций снижается по мере увеличения продолжительности жизни каждого вида: следовательно, мутации ДНК играют важную роль в старении организма.
«Выявление похожего паттерна генетических изменений у животных, так непохожих друг на друга, как мышь и тигр, было неожиданным. Но самый захватывающий аспект исследования состоял в обнаружении того, что продолжительность жизни обратно пропорциональна частоте соматических мутаций. Это предполагает, что соматические мутации могут играть некоторую роль в старении, хотя возможны и альтернативные объяснения. В течение следующих нескольких лет будет интересно расширить эти исследования, включив в них еще более разнообразные виды, такие как насекомые или растения», — поясняет доктор Алекс Кейган (Alex Cagan) из Института Сенгера (Великобритания) и первый автор исследования.
Однако парадокс Пето все-таки остался неразрешенным. После учета продолжительности жизни авторы не выявили существенной связи между частотой соматических мутаций и массой тела. Это значит, что на способность более крупных животных снижать риск развития рака должны влиять другие факторы.
По словам авторов, корректировка мутаций кажется весьма элегантным способом контроля заболеваемости раком, но эволюция, видимо, не пошла по этому пути, а придумала другое решение проблемы.
Интересно, что, несмотря на огромные различия в продолжительности жизни и массе тела между 16 исследованными видами, различия в количестве соматических мутаций, приобретаемых в течение жизни каждого животного, были относительно невелики. В среднем жираф в 40 тысяч раз больше мыши, а человек живет в 30 раз дольше, но разница в количестве соматических мутаций на клетку в конце жизни между этими тремя видами — «всего» три раза. А значит, болезни старости могут быть весьма схожими у широкого круга млекопитающих, независимо от того, начинается эта старость в семь месяцев или в 70 лет.
