A sejtek a DNS jelentősebb hibáinak kijavításával fokozatosan elveszíthetik epigenetikai, azaz nem az örökítőanyag bázissorrendje által kódolt információjukat, és ez lehet az egyik mozgatórugója az emlősök öregedésének – állítja egy a rangos Cell folyóiratban január közepén megjelent kutatás, amiről azóta egy amerikai biokémikus súlyos kritikákat fogalmazott meg.

Jank Csehjun (Jae-Hyun Yang), és kollégái David Sinclair, a Harvard Medical School genetikus professzorának vezetésével azt állítják, hogy sejtkultúrákban és egerekben végzett kísérleteik bizonyítékot szolgáltatnak az öregedést az epigenetikus információ elvesztéséhez kötő hipotézisre. Az ausztrál Sinclair, akit egy harvardi öregedéskutató labor létrehozása mellett 7 különböző biotechnológiai vállalat társalapítójaként jegyeznek, az általa Twitteren megosztott információk alapján 1996 óta dolgozik a hipotézis bizonyításán.

A tanulmány valójában nem támasztja alá ezt a hipotézist, reagálta a kutatásra Twitteren Charles Brenner, a City of Hope orvosi kutatóintézet rák és diabétesz kutatással foglalkozó biokémikus professzor. A szakember szerint a kutatók által megfigyelt, a sejtek és egerek öregedését tükröző jeleket maguk a kísérletileg létrehozott súlyos DNS-hibák, úgynevezett kettősszál-törések (double-strand breaks, DSBs) okozták, amik a sejthalálhoz vezettek.

A Qubit emailben elküldött kérdésére, miszerint ez az állítás teljesen aláássa-e teljesen a tanulmány konklúzióit, Brenner azt válaszolta, hogy „a kutatásnak nincsenek érvényes konklúziói. A vizsgálat feltevése az volt, hogy a kutatók idejekorán öregítettek egereket egy kizárólagosan epigenetikai áthangolás által. Egyszerűen nem igaz, és értelmetlen mutációkat keresni, amikor a kutatás vezető szerzője nemrég publikált arról, hogy ugyanez az eljárás sejthalált okoz.”

A tanulmány szerzői eddig nem reagáltak nyilvánosan a biokémikus Twitteren megfogalmazott kritikájára, de Brenner mellett Jeffrey Flier endokrinológus, a Harvard Medical School professzorának szintén Twitteren közzétett véleménye szerint a tanulmány alapos szakmai ellenőrzésre szorul, és reméli, hogy ez hamarosan megtörténik.

Az epigenetikai információ elvesztése okozná az öregedést?

Csehjun és kollégái tanulmányukat azzal vezetik fel, hogy Szilárd Leó magyar-amerikai fizikus és Peter Brian Medawar brazil-brit biológus az 1950-es években egymástól függetlenül a genetikai hibák felhalmozódását jelölték meg az öregedés felelőseként. Úgy látják, hogy az azóta a legtöbbször az öregedéssel összefüggésbe hozott DNS-hiba a kettősszál-törés, amikből az emlősök egyes sejtjeiben naponta 10-50 is előfordulhat. A kutatók szerint az elmúlt időszakban viták zajlottak arról, hogy a DNS mutációi valójában mennyire tehetők felelőssé az öregedésért. Eközben Sinclair két korábbi tanulmányára hivatkoznak, amikor azt állítják, hogy az 1990-es években egysejtű élesztőgombákban folytatott kutatások nem a DNS-ben tárolt genetikai, hanem az epigenetikai információ elvesztésének fontosságára világítottak rá.

Ezen részben a DNS metilációs mintázatait (enzimek által a DNS citozin vagy egyes esetekben adenin bázisaira helyezett metilcsoportok) értik, amikre a molekuláris életkort mérő epigenetikai órák is épülnek. A DNS, amint arról korábban részletesen írtunk, az eukarióták, így az emlősök sejtjeiben is egy kromatinnak nevezett, háromdimenziós szerkezet része, és jelentős része hiszton fehérjékből felépülő nukleoszóma szerkezetek köré tekeredik. A hisztonokat enzimek képesek módosítani, ami befolyásolja a gének kifejeződését és más genetikai folyamatokat.

A korábbi vizsgálatok egyes hisztonmódosításokat összefüggésbe hoztak az öregedéssel, és egy 2017-ben a Stem Cell Reportsban közölt kutatás szerint a más rágcsálókhoz képest rendkívül hosszú élettartamú csupasz földikutya epigenomja stabilabb az egerekénél. A szakemberek ismét Sinclair korábbi tanulmányait idézik, amikor azt írják, hogy az öregedés információs magyarázatának nevezett hipotézisük szerint a kettősszál-törések megváltoztatják az epigenenetikai módosításokat végző enzimek viselkedését, és ez fokozatosan a DNS RNS-é történő átíródását szabályozó transzkripciós hálózatok és az epigenetikai információ elvesztésével jár a sejtekben.

Az embrionális egérsejtekben (in vitro), valamint egerekben (in vivo) lefolytatott kísérleteikben a kettős szál töréseket a kutatók egy a DNS foszfodiészter kötéseit elvágó enzim (I-Ppol endonukleáz) segítségével hozták létre. A kutatók azt állítják, hogy az I-Ppol kevesebb DNS-mutációt eredményez, mint ha a kettősszál-töréseket más eljárásokkal idézték volna elő – ugyanakkor a tanulmányuk korlátait tárgyaló bekezdésben azt írják, nem lehet kizárni, hogy a megfigyelt hatások egy részét az okozta, hogy alkalmazott enzimük egy a sejtek fehérjeszintéziséhez szükséges 28S riboszómális RNS-t kódoló gént (rDNA) is átvágott.

Azok az embrionális sejtek, amikben az enzimmel kettősszál-töréseket idéztek elő, epigenetikai órájuk szerint 1,5-szer öregebbnek bizonyultak a kontrollsejtekhez képest. A kísérleteket ezután 4-6 hónapos egerekben is megismételték, amiknek sejtjei 3 hétig fejezték ki a DNS-vágó enzimet. A kutatók tanulmányukban azt írják, hogy ezek az állatok 10 hónappal később idős egerekre jellemző jeleket mutattak: csökkent test- és izomtömegük, romlott a rövid- és hosszútávú memóriájuk, és kevesebbet mozogtak a sötétben. Ezt szerintük az egerek epigenetikai órái is igazolják, amik 50 százalékkal gyorsabb öregedést mutattak a normál állatokhoz képest.

A kutatók azt állítják, hogy ezen felül az embrionális sejtekben epigenetikai változásokat észleltek, konkrétabban a hisztonmódosítások megváltozását, amit ők az epigenetikai információ összezavarodásaként értelmeztek. Emellett, mint írják, gének kifejeződését szabályozó elemek (promoterek és enhanszerek) összeköttetéseinek módosulását észlelték, valamint azt, hogy a sejtek elkezdték elveszteni identitásukat, a sejtdifferenciáció egyfajta megfordulásaként.

Megvizsgálták azt is, hogy mi történik, ha testi sejtekből pluripotens őssejteket létrehozni képes, Shinya Yamanaka japán őssejtkutatóról elnevezett Yamanaka transzkripciós faktorokat (OSKM) fejeztetnek ki a sejtekkel. Ezek akár 57 százalékkal visszatekerték azoknak a sejteknek az epigenetikai óráit, amikben DNS-hibákat idéztek elő. Ugyanezeket a faktorokat adenovírussal bevitték a „mesterségesen öregített” egerek sejtjeibe, hogy ott kifejeződjenek. Ezek hatására szerintük az öregedésre utaló biológiai jelek 5 héttel később az állatok vese- és izomszöveteiben a kontrollsejtekhez hasonlítottak.

A kutatók azt állítják, hogy kísérleti eredményeik bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy a sejtek DNS-hibákra történő reagálása és az epigenetikai információ elvesztése felelős az emlősök öregedéséért. Még ennél is erősebb állítást is megfogalmaznak tanulmányuk végén azzal, hogy szerintük már világos, hogy az emlősök sejtjei eltárolják a fiatal epigenetikai információ másolatát, ami így „visszaállítható”.

Mi lehet a gond a kutatással?

Brenner szerint tehát a fentiekkel az a legalapvetőbb probléma, hogy a kísérletekben használt endonukleáz a kettősszál-törések létrehozásával a sejtek elpusztulását (apoptózis) okozza, és erre a következményre épp Sinclair és kollégái mutattak rá egy 2021 decemberében a Developmental Cell folyóiratban közölt tanulmányukban, amit ugyanakkor nem idéznek mostani publikációjukban.

Brennert arról is kérdeztük, hogy ha a sejtek elpusztultak, akkor mit állítottak helyre a kutatók a Yamanaka transzkripciós faktorokkal. „Nincs semmilyen öregedés-visszafordítás ebben a kutatásban. A kísérletek azt mutatják, hogy David Sinclair össze tud szedni 59 másik kutatót, és át tud vinni valamit peer-review-n, ami alapjában hibás.”

„Létezik egy folyamat a tanulmányok kritikájára, amit mások, és én is követek. Dr. Sinclairnek lesz lehetősége, hogy reagáljon a kritikáinkra, amelyek közé tartozik, hogy miért nem idézte a saját tanulmányát, miért releváns mutációkat keresni, amikor a sejtek már eltűntek, és miért csak az OSK-k [transzkripciós faktorok] kontrollcsoportba tartozó egerekre mért hatását közölte a mesterségesen öregített egerek helyett. Személyesen kétlem, hogy Dr. Sinclair vissza fogja vonatni a tanulmányt, de erős a gyanúm, hogy több társszerző elhatárolódik majd a munkától” – válaszolta Brenner arra a kérdésünkre, hogy szükségesnek látja-e a tanulmány visszavonását.

Szintén Sinclairék korábbi tanulmányára hivatkozik Aleksey Belikov, a Moszkvai Fizikai és Technológiai Intézet öregedéskutatással foglalkozó bioinformatikusa, aki a Twitteren megkérdőjelezte, hogy milyen sejteket állítottak helyre a kutatók, ha azok a kettősszál-töréseket generáló technika miatt elpusztultak, míg az érintetlenül maradt sejtekben nincs szükség arra, hogy visszaállítsák az epigenetikai információt.

A sejtek és az egerek öregedését nem egy tiszta epigenetikus mechanizmus okozta, állítja Twitteren Brenner, hanem a DNS-ben felhalmozódó hibák és ezek következményei. Abban pedig semmi új nincs szerinte, hogy a DNS-ben felhalmozódó hibák öregedéshez vezetnek. Hozzátette, nem érti, hogy az egereknél a Yamanaka transzkripciós faktorok kifejeződése után megfigyelt alacsony testtömeg miért támogatja azt az állítást, hogy az egerek „megfiatalodtak”.

Ezt alátámasztani látszik, hogy 2015-ben Ryan White és kollégái a Nature Communicationsben megjelent publikációjukban már rámutattak arra, hogy a kettősszál-törések hatására az egerek májszövetei öregedés jeleit mutatják. Ez White-ék szerint a DNS-hibák és általuk okozott sejthalál, valamint sejtosztódás befejeződésével jellemzett sejtöregedés (cellular senescence) következménye.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: