С возрастом клетки постепенно хуже вырабатывают энергию и медленнее реагируют на изменения. Учёные давно связывают этот процесс с митохондриями — структурами, которые часто называют «электростанциями» клетки.
Теперь исследователи из Института старения Лейбница в Йене, Германия, нашли ещё один важный фактор. Речь идёт о фосфатидилхолине — липиде, который входит в состав клеточных мембран.
Новое исследование показало: когда уровень фосфатидилхолина снижается, митохондрии теряют гибкость, хуже соединяются в рабочие сети и быстрее начинают работать как старые. Но самое интересное — в лабораторных организмах этот процесс удалось частично обратить с помощью питания.
Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Почему митохондрии так важны
Один из главных вопросов в изучении старения звучит просто: почему с возрастом у организма становится меньше энергии?
Митохондрии не только производят энергию для клеток. Они помогают клеткам адаптироваться к меняющимся условиям, участвуют во внутренней коммуникации и поддерживают процессы, необходимые для движения, роста и восстановления тканей.
Известно, что с возрастом митохондрии работают хуже. Но точные причины этого ухудшения долго оставались не до конца понятными.
Раньше исследователи часто считали, что главная причина — повреждения генетического материала внутри митохондрий. Новая работа показывает, что важную роль играет ещё и состав мембран.
Что делает фосфатидилхолин
Фосфатидилхолин — один из самых распространённых липидов в биологических мембранах. Он помогает мембранам оставаться гибкими и перестраиваться, когда это нужно клетке.
Для митохондрий это особенно важно. Они не работают как отдельные неподвижные «батарейки». В норме митохондрии соединяются друг с другом, образуя динамичные сети. Через такие сети клетки распределяют энергию, продукты обмена, ДНК и сигнальные молекулы.
Когда митохондрии связаны между собой, им проще перераспределять ресурсы и заменять повреждённые части.
Исследователи обнаружили, что с возрастом выработка фосфатидилхолина естественным образом снижается. Из-за этого мембраны митохондрий становятся более фрагментированными, а сами митохондрии начинают хуже работать.
Когда учёные отключили у молодых червей гены, участвующие в производстве фосфатидилхолина, их митохондрии быстро стали похожи на митохондрии старых животных.
Но затем произошло самое заметное: если червям давали фосфатидилхолин или его предшественник — холин, структура митохондрий становилась более молодой всего за два дня.
По словам первого автора исследования доктора Тетианы Полежаевой, команда сама была удивлена тем, насколько сильно эта молекула влияет на структуру, связь и работу митохондрий.
Как старение ломает энергетическую сеть клетки
Учёные сравнивают здоровую митохондриальную систему с разветвлённой энергосетью. Пока она работает нормально, клетка может быстро подстраиваться под разные энергетические потребности.
Но с возрастом связи в этой сети начинают разрушаться. Энергия всё ещё производится, но уже не так эффективно и не так устойчиво. Клетке становится сложнее гибко распределять её туда, где она нужна.
В результате снижается так называемая метаболическая пластичность — способность клетки быстро адаптироваться к изменению энергетических запросов.
Это важно не только для отдельных клеток, но и для тканей, органов и всего организма. Снижение такой гибкости всё чаще рассматривают как один из признаков старения. Оно также связано с заболеваниями, включая диабет.
Исследование не ограничилось червями
Чтобы проверить свои выводы, команда использовала несколько подходов.
Учёные проводили эксперименты на нематодах Caenorhabditis elegans, изучали культуры человеческих клеток и анализировали большие клинические наборы данных. Они сравнивали белковые и липидные профили, генетические различия, активность генов и метаболические функции на разных этапах старения человека.
Так исследователи смогли связать изменения, которые видели в лабораторных моделях, с закономерностями, обнаруженными у людей.
Работа также показала, что старение может идти не одним ровным процессом, а отдельными этапами. Сначала клетки теряют устойчивость к стрессу и сталкиваются с нарушениями в системе поддержания белков. Затем появляются метаболические изменения, а эпигенетические изменения возникают позже.
Кроме того, исследователи заметили различия между мужчинами и женщинами в липидном обмене. В человеческих метаболомных данных самое выраженное относительное снижение уровня фосфатидилхолина у женщин наблюдалось примерно в период менопаузы.
Доктор Мария Ермолаева отметила, что это особенно интересно, потому что именно в это время многие женщины сообщают о заметном снижении уровня энергии и появлении постоянной усталости.
Можно ли замедлить старение клеток питанием
Самый важный вывод исследования — часть возрастных изменений митохондрий оказалась обратимой.
Когда уровень фосфатидилхолина повышали у старых C. elegans, митохондриальные сети становились стабильнее, а производство энергии улучшалось. Это говорит о том, что точечные метаболические вмешательства могут помогать клеткам дольше сохранять нормальную работу.
По словам Марии Ермолаевой, работа показывает, что и старение митохондрий, и более широкие процессы системного старения как минимум частично можно изменять. Если понять механизмы, можно искать целевые способы противодействия.
Пока для применения у людей нужны дополнительные исследования. Но роль питания выглядит особенно интересной: некоторые добавки могут поддерживать здоровье клеток в более позднем возрасте.
Исследователи также отметили, что добавление фосфатидилхолина оставалось эффективным даже тогда, когда его начинали давать в среднем или пожилом возрасте.
В целом работа сдвигает акцент: старение не обязательно является только необратимым угасанием. По крайней мере некоторые его элементы могут зависеть от процессов, на которые потенциально можно влиять.
