Ученые оценили влияние соматических мутаций на продолжительность жизни

Первыми количественную оценку влияния соматических мутаций на максимально возможную продолжительность жизни человека выполнил научный коллектив ученых Сколковского института науки и технологий (Сколтех) и Научно-исследовательского института искусственного интеллекта (AIRI), 16 июля сообщает пресс-служба Сколтеха.

Исследование проводилось в рамках проекта «Поиск молекулярных агентов, обращающих клеточное старение, с помощью больших языковых моделей генной экспрессии», поддержанного Российским научным фондом.

Соматические мутации, случайные изменения ДНК, которые возникают в клетках организма в течение жизни, в отличие от герминальных (зародышевых) мутаций не передаются по наследству. Однако, накопившись с возрастом, они могут повреждать клетки, нарушать их функцию, что приводит к развитию возрастных заболеваний.

Для своего исследования ученые разработали многоступенчатую математическую модель, с помощью которой они последовательно «включали» различные механизмы старения и оценивали возможную продолжительность жизни человека при условии, когда все обратимые процессы старения, кроме соматических мутаций, были бы устранены.

Один из основных авторов работы, стажер-исследователь Центра био- и медицинских технологий Сколтеха и научный сотрудник Института AIRI Евгений Ефимов рассказал о результатах исследования:

«Ключевой результат работы — обнаружение больших различий между разными типами тканей. Нейроны и кардиомиоциты, лишенные способности к делению, оказались главным ограничивающим фактором: при устранении всех прочих причин старения одни лишь соматические мутации снижают теоретическую медианную продолжительность жизни с 1759 (для гипотетического нестареющего организма человека) до 156 лет».

При этом ткани, обладающие высокой регенеративной способностью, например печень, способны выполнять свою функцию на протяжении тысяч лет за счет постоянного обновления клеток и нейтрализации вредного влияния мутаций.

Объединение моделей всех критически важных органов в многоступенчатую математическую модель позволило рассчитать, что и при полном устранении всех других обратимых признаков старения соматические мутации ограничивают медианную продолжительность жизни человека диапазоном 146–194 года, что почти вдвое больше средней продолжительности жизни в развитых странах в настоящее время.

«Наше исследование показывает, что соматические мутации вносят значительный вклад в старение, но не могут сами по себе объяснить наблюдаемую смертность, — отмечает соавтор работы, научный сотрудник Центра био- и медицинских технологий Сколтеха и старший научный сотрудник института AIRI Дмитрий Крюков. — Это означает, что другие механизмы старения — например, потеря протеостаза, митохондриальная дисфункция или эпигенетические изменения — вносят сопоставимый вклад в ограничение продолжительности жизни».

Важность проделанной коллективом работы в том, что в ней представлен новый количественный подход к изучению старения, с помощью которого можно ранжировать отдельные механизмы нарушения функций организма по их вкладу в ограничение продолжительности жизни, что позволяет выбирать приоритеты для разработки терапевтических стратегий.

«Теперь мы можем не просто говорить, что мутации вредны, а количественно оценивать, насколько именно они сокращают жизнь, и сравнивать их вклад с другими процессами старения. Эта работа важна для того, чтобы понять, на изучение каких механизмов старения стоит тратить ресурсы в первую очередь»,  — добавила научный руководитель работы, доцент Центра био- и медицинских технологий Сколтеха Екатерина Храмеева.

Такой подход в дальнейшем может быть применен для анализа влияния на продолжительность жизни человека других тканей и органов, а также на другие виды живых существ, что позволит проверять правомочность гипотез о механизмах старения на межвидовом уровне.

В планах авторов исследования включить в модель другие признаки старения, такие как митохондриальная дисфункция (комплекс нарушений, связанных с неправильной работой внутриклеточных структур — митохондрий, которые приводят к неправильной выработке и транспорту энергии в клетках, что влияет на функционирование всех органов и систем), потеря протеостаза (нарушение баланса между синтезом, сворачиванием и утилизацией белков), укорочение теломер (концевых участков хромосом, их укорочение связывают с процессом старения клеток и организма в целом), эпигенетические изменения (изменения в работе генов, не затрагивающие саму структуру ДНК). Это позволит создать полную количественную теорию старения человека.

Результаты выполненного исследования были представлены в статье «Соматические мутации устанавливают энтропийный верхний предел продолжительности жизни человека» (Somatic mutations impose an entropic upper bound on human lifespan), опубликованной в журнале npj Aging (Nature Portfolio).