Procesi starenja i razvoja različitih bolesti vezanih uz starost dugo su bili zanimljivi znanstvenicima diljem svijeta, jer razumijevanjem njihovog pravca možemo ne samo ispraviti, nego možda i potpuno preokrenuti. Međutim, sve do nedavno nije bilo jasno što započinje proces starenja..
U časopisu Science objavljena je studija koja dokazuje odnos procesa starenja s pogoršanjem čvrsto upakiranih snopova stanične DNA, što u budućnosti može dovesti do razvoja metoda za prevenciju i liječenje bolesti povezanih s dobi kao što su rak, dijabetes i Alzheimerova bolest..
Tijekom zajedničkog istraživanja, znanstvenici s Instituta Salk i Kineske akademije znanosti otkrili su da su genetske mutacije koje podupiru Werner-ov sindrom, poremećaj koji dovodi do prijevremenog starenja i smrti, uzrokovan pogoršanjem DNA ligamenata poznatih kao heterochromatin.
Otkriće, stvoreno zahvaljujući kombinaciji matičnih stanica i tehnologije za uređivanje gena, može biti osnova za razvoj metoda za suzbijanje promjena uzrokovanih starenjem, sprečavanjem ili popravljanjem oštećenja heterochromatin..
"Naši rezultati pokazuju da mutacije u genu koje uzrokuju Werner-ov sindrom uzrokuju dezorganizaciju heterochromatina i da je to prekidanje strukture DNA ključni čimbenik koji pokreće proces starenja", kaže Juan Carlos Ispisua Belmonte, voditelj istraživanja. "Ovo otkriće ne samo da je omogućilo da se utvrdi glavni uzrok starenja - uništenje heterohromatina, nego je također pokazalo da je taj proces reverzibilan."
Werner-ov sindrom je genetska bolest koja uzrokuje da ljudi brže zaraste nego inače. Pojavljuje se jednom u 200.000 ljudi. Osobe s ovim poremećajem već u ranim fazama života pate od bolesti povezanih s dobi (katarakte, dijabetesa tipa 2, otvrdnuća arterija, osteoporoze i raka), a očekivano trajanje života je smanjeno na 40-50 godina.
Bolest je uzrokovana mutacijom Wernersky sindroma RecQ sindroma, ili smanjenim WRN genom, koji generira WRN protein. Prethodne studije su pokazale da je normalan oblik proteina enzim koji čuva strukturu i integritet ljudske DNA. Mutacija ovog proteina umanjuje replikaciju i popravak DNA i ekspresiju gena, za koju se smatra da uzrokuje prerano starenje. Međutim, ostaje tajna kako točno mutirani WRN protein ometa ove važne stanične procese..
Tijekom svojih istraživanja, znanstvenici s Instituta Salk pokušali su točno odrediti kako mutirani WRN protein uzrokuje tako velik stanični kaos. Da bi to učinili, stvorili su stanični model Werner-ovog sindroma, koristeći tehnologije za uređivanje gena za uklanjanje WRN gena iz ljudskih matičnih stanica. Ovaj model bolesti matičnih stanica omogućio je znanstvenicima neviđenu priliku za brzo proučavanje stanica u laboratoriju. Dobivene stanice imitirale su genetsku mutaciju koja se javlja u bolesnika s Wernerovim sindromom, stoga su počeli stariti brže nego obično. Na bliže ispitivanje, znanstvenici su otkrili da je ekstrakcija WRN gena također poremetila strukturu heterochromatin - kromatin segmenta koji su u kondenziranom (kompaktnom) stanju tijekom staničnog ciklusa..
Struktura DNA djeluje kao prekidač za kontrolu aktivnosti gena i kontrolira složene stanične mehanizme. Na vanjskoj strani heterochromatin snopa su kemijski markeri, poznati kao epigenetski završetci, koji kontroliraju strukturu heterohromatina. Primjerice, promjene ovih kemijskih prekidača mogu promijeniti strukturu heterohromatina, uzrokujući ekspresiju ili potiskivanje gena..
Istraživači su otkrili da brisanje gena WRN dovodi do dezorganizacije heterohromatina, dokazujući važnu ulogu WRN proteina u održavanju strukture heterohromatina. Tijekom daljnjih eksperimenata, utvrđeno je da protein izravno stupa u interakciju s molekularnim strukturama za koje se zna da stabiliziraju heterochromatin, što je neosporni dokaz izravne veze mutiranog WRN proteina s destabilizacijom heterochromatina..
"Naša je studija pokazala vezu između Werner-ovog sindroma i dezorganizacije heterochromatina, pokazujući molekularni mehanizam zbog kojeg genetska mutacija dovodi do općeg poremećaja staničnih procesa, sprečavajući epigenetsku regulaciju ekspresije gena", kaže gospodin Belmonte. - "Drugim riječima, on sugerira da akumulirane promjene u strukturi heterohromatina mogu biti glavni uzrok starenja stanica. Postavlja se pitanje je li moguće preokrenuti te promjene kako bi se spriječili ili čak izliječili poremećaji povezani s promjenama povezanim sa starenjem".
Kako bi se konačno utvrdila uloga dezorganizacije heterohromatina na početku procesa starenja, bit će potrebne dodatne studije. Oni će omogućiti znanstvenicima da shvate kako ova dezorganizacija stupa u interakciju s drugim staničnim procesima uključenim u starenje, kao što je smanjenje krajeva kromosoma, poznatih kao telomeri. Osim toga, tim istraživača radi na epigenetičkoj tehnologiji uređivanja kako bi preokrenuo epigenetske promjene koje igraju važnu ulogu u procesu lutanja i razvoja ljudskih bolesti..