Megfejtették, miért öregszenek lassabban a mormoták
A sárgahasú mormoták jóval lassabban öregszenek téli hibernációjuk során, mint aktív időszakukban – állapították meg a Kaliforniai Egyetem Los Angeles-i kampuszának kutatói, miután több mint egy évtizeden át követték az állatok öregedésének dinamikáját, genetikai módszerekkel.
A Nature Ecology and Evolution folyóiratban hétfőn közölt eredmények segíthetnek megérteni, miért élnek tovább a téli álmot alvó emlősök, mint hasonló méretű, nem hibernáló rokonaik. A hibernáció fontos szerepet játszott az emlősök evolúciójában, például valószínűleg ez segítette hozzá őket a kréta végi kihalási esemény túléléséhez, de a folyamat tanulmányozása hosszú távon orvosi és űrkutatási alkalmazásokkal is kecsegtet.
Gabriela Pinho, a Kaliforniai Egyetem populációgenetikusa és kollégái 14 évig vizsgálták a coloradói Gunnison Nemzeti Parkban szabadon élő sárgahasú mormotákat (Marmota flaviventris), és ez idő alatt rendszeres mintavételekkel határozták meg az életkorukat jelző molekuláris mintázatokat, vagyis az úgynevezett epigenetikai óráikat. Ezek a molekuláris jelek a gének kifejeződését (és ezáltal az egyedfejlődést), valamint sejtek működését befolyásoló genetikai információt tárolnak a DNS-szekvencián kívül. Ilyen a DNS-metiláció folyamata is, amin az emberi öregedést sikeresen vizsgáló epigenetikai órák alapulnak, melynek során enzimek metilcsoportokat helyeznek a DNS citozin, illetve egyes esetekben adenin bázisaira.
Az epigenetikai órák az embereknél összefüggést mutatnak az életkorral járó betegségekkel, az élettartam alatti stressz faktorokkal, és a dohányzási szokásokkal is. Ezek, más emlősökben végzett kutatásokkal együtt, amelyek a hosszú élettartam és a lassabb epigenetikai öregedés kapcsolatát mutatták, Pinhóék szerint jó alapot szolgáltatnak arra, hogy az epigenetikai életkort a biológiai életkor indikátorának vegyék.
A kutatók kiindulási hipotézise az volt, hogy a sokszor akár a 15 éves kort is megérő mormoták öregedése a 8 hónapos, általában szeptembertől áprilisig tartó hibernációjuk alatt erőteljesen lelassul, és ez megmagyarázhatja, hogy miért élnek tovább ezek az állatok, mint az a hasonló testméretű emlősöktől várható lenne. A sárgahasú mormoták hibernációjukkal az aktív periódushoz képest 83 százaléknyi energiát spórolnak meg. A téli álmuk hosszú és lassú anyagcsere által jellemzett időszakokból és maximum egy napig tartó, fokozott anyagcserés szakaszok váltakozásaiból áll. Arra a kutatók szerint eddig is voltak bizonyítékok, hogy az anyagcsere és a sejtek génexpressziójának lelassulása az öregedést is fékezheti, de most arra is rájöttek, hogy a hibernáció alatti ciklusok váltakozása olyan molekuláris és sejtszintű folyamatokat is elindít, amelyek a hosszabb élettartamért és a hibernációs periódus túléléséért felelhetnek.
A mormoták életkorát jól jellemzi DNS-ük metilációs állapota, amit a kutatók 73 nőstény mormotától az aktív időszakban vett, összesen 149 vérminta segítségével, emlősöknél már bevált módszerekkel vizsgáltak – a hím egyedek életkora vándorlásuk miatt nehezebben meghatározható, ezért csak nőstényeket tanulmányoztak. A kutatók két eltérő megközelítést, az epigenetikus órának (EC) és az epigenetikus pacemakernek (EPM) nevezett módszert alkalmazták az adatok feldolgozásához. Ezek közül az előbbi pontosabbnak bizonyult az állatok korának meghatározásában, utóbbi viszont jobban volt képes a nem egyenletes, és az évszakos öregedési mintázatok felismerésére.
Az epigenetikus pacemaker alapján készített, egész évre kiterjesztett modell az adatok szórásának 95,5 százalékát meg tudta magyarázni, így az epigenetikus kor jelentős növekedését mutatta az aktív időszakban, és annak minimális változását a hibernáció alatt, míg az évszakos változása statisztikailag szignifikánsnak bizonyult. Arra is fény derült, hogy több tízezer, a genomban található, egy citozin és guanin bázisból álló CpG-sziget (melyek nagy többsége az emlősöknél metilált), szintén hasonló epigenetikai trendet mutat. Ez alapján a szakemberek úgy vélik, a hibernáció nemcsak az öregedésre hat, hanem számtalan más biológiai folyamatra is. Több mint 6000 CpG-szigetnél találtak összefüggést az állatok életkorával, míg szezonális hatásra 47 esetben találtak bizonyítékot. A kutatók szerint ezek közül az AHDC1 gén nem kódoló régiójához közeli CpG metilációs változás különösen érdekes lehet, mert ez a gén az alvási és valószínűleg a hibernációs folyamatokban játszhat szerepet.
Pinhóék összességében arra jutottak, hogy az állatok epigenetikai és valódi életkora közt logaritmikus összefüggés van, ahogy más emlősök esetén is. A mormoták kifejlett korukig gyorsabban öregedtek epigenetikailag, majd ez lelassult, és évszakos változások kezdett megmutatkozni: közel 12-szeres volt az eltérés a késő tavasztól kora őszig tartó és gyorsabb öregedéssel járó aktív, valamint a hibernációs periódus között. Érdekes módon ez csak kifejlett egyedeknél volt igaz, a két éves kort el nem érő mormotáknál nincs jelentős különbség az évszakok között. Ennek Pinho és kollégái szerint valószínűleg az az oka, hogy a fiatal mormoták kevesebb időt töltenek lassú anyagcserés hibernációban, és később is kezdik meg téli álmukat.
A kutatók az öregedés molekuláris lelassulása alapján úgy vélik, adataik egybevágnak a „hibernációs öregedés” hipotézisükkel, tehát a hibernációban résztvevő biológiai folyamatok tényleg fontos elemek lehetnek a téli álmot alvó emlősök élethosszának meghatározásában, és azt gondolják, hogy az általuk azonosított szezonális öregedési trendek más hibernáló emlősökre is jellemzők lehetnek. Pinhóék szerint az öregedést gátló mechanizmus megértéséhez a hibernáció fajon belüli és fajok közti változatosságát kell majd vizsgálni, illetve más, az anyagcsere intenzitásának csökkentésével összefüggő túlélési stratégiákat, amelyek sejtszintű és molekuláris alapjai az egész élővilágban hasonlók, illetve evolúciósan konzerváltak.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten:
