Биология

Пубертат назвали точкой начала накопления мутаций в половых клетках

Пубертат назвали точкой начала накопления мутаций в половых клетках

Wikimedia Commons

Американские ученые подсчитали число мутаций в половых клетках у 61 пары родителей, основываясь на геноме их детей. Они выяснили, что число этих мутаций коррелирует с продолжительностью жизни родителей, их плодовитостью и риском развития болезней. Кроме того, исследователи определили возраст, в котором предположительно мутации в половых клетках начинают появляться — это оказался возраст полового созревания. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.

Накопление мутаций в клетках тела — один из самых известных признаков старения, а теория, которая считает его причиной изнашивания организма, — одна из самых древних. Более того, известно, что многие болезни ускоренного старения (например, синдром Вернера) связаны с дефектами системы репарации ДНК и, следовательно, сопровождаются ростом числа мутаций. Однако до сих пор само по себе количество мутаций в ДНК разных клеток не применяют как маркер биологического возраста, то есть относительный показатель старости человека.

Возможно, дело в том, что мутации накапливаются в разных клетках с разной скоростью — например, в нервной ткани существенная часть возникает еще до рождения, когда клетки делятся активнее, чем во взрослой жизни. Или же в том, что количество мутаций долго и дорого измерять. К тому же, далеко не все возникающие мутации патогенны или ускоряют старение — большинство из них нейтральны и не сказываются ни на строении, ни на работе клеточных белков.

Ричард Коутон (Richard Cawthon) из Университета Юты вместе с коллегами предложили новый подход к проблеме — оценить биологический возраст по количеству мутаций в половых клетках. Но поскольку сделать это напрямую довольно сложно, особенно если речь идет о женщинах, то исследователи воспользовались косвенным методом — подсчитывали количество мутаций, которые унаследовали их дети.

Для этого они обратились к данным Центра изучения человеческих полиморфизмов в Юте, откуда отобрали 61 тройку из двух родителей и ребенка. ДНК клеток крови всех испытуемых отправили на полногеномное секвенирование, а затем подсчитали количество новых мутаций в зародышевой линии, то есть тех, которые унаследовал ребенок. Оказалось, что таких мутаций тем больше, чем старше были родители в момент его рождения, причем у отцов на порядок больше, чем у матерей (что, в целом, неудивительно, поскольку яйцеклетки, в отличие от сперматозоидов, с возрастом копят скорее хромосомные перестройки, чем точечные мутации).

Частота мутаций в клетках зародышевой линии в зависимости от возраста родителей.

Cawthon et al. / Sci Rep, 2020

Затем исследователи проверили, связано ли это количество мутаций с риском умереть раньше. Оказалось, что повышенное число мутаций действительно коррелирует с ранней смертностью от всех причин (p = 0,015) и со смертностью от болезней, не связанных с сердечно-сосудистой системой (p = 0,007). Правда, когда всех родителей разбили на группы по полу, то оказалось, что корреляция с ранней смертностью верна только для мужчин, а со смертностью от болезней — только для женщин. Суммарно принадлежность к 25 процентам людей с минимальным количеством мутаций принесла родителям выигрыш в 4,7 года жизни по сравнению с 75 процентами с максимальным числом мутаций.

Кривые выживаемости родителей с разным количеством мутаций (красный — максимальное количество, синий — минимальное).

Cawthon et al. / Sci Rep, 2020

Кроме того, число мутаций послужило и показателем угнетения физиологических функций: авторы работы обнаружили, что женщины с большим количеством мутации принесли меньше потомства, чем те, у кого мутаций было меньше всего (p = 0,018), и раньше перестали рожать (p = 0,036).

После этого исследователи задались вопросом: в каком возрасте начинается накопление этих мутаций? С какого периода можно начинать измерять темпы старения? Если продлить график зависимости числа мутаций от возраста до его пересечения с осью Х, то окажется, что нулевое количество мутаций родители имели еще до того, как были зачаты сами. Поскольку это биологически невозможно, ученые предположили, что число мутаций в зародышевой линии не растет непрерывно и что они начинают накапливаться с какого-то момента жизни — например, с момента начала полового созревания.

И действительно, когда авторы работы «перевернули» график и отложили возраст родителей по оси Y, а число мутаций — наоборот, по оси Х, то оказалось, что их данные можно объяснить, если предположить, что женщины начинают копить мутации с 18,4, а мужчины — с 13,9 года. Но если это так, то поздний пубертат должен сопровождаться накоплением меньшего числа мутаций. И исследователи подсчитали, что женщины с меньшим числом мутаций в среднем вступают в пубертат (если измерять по возрасту первой менструации) позже, чем те, у кого мутаций больше.

«Перевернутый» график зависимости числа мутаций от возраста матери. Пересечение с осью Y приблизительно соответствует возрасту полового созревания.

Cawthon et al. / Sci Rep, 2020

Таким образом, авторы работы сделали несколько важных выводов. С одной стороны, они представили еще один аргумент в пользу мутационной теории старения: количество мутаций в половых клетках коррелирует с продолжительностью жизни. А поскольку оно связано и с риском смерти от всех причин, то можно предположить, что оно отражает и число мутаций в других клетках организма. С другой стороны, они укрепили позиции еще одной, эволюционной теории старения, согласно которой сила естественного отбора постепенно снижается после достижения репродуктивного периода. Наконец, они предложили первый способ предсказывать продолжительность жизни у подростков и молодых людей; остальные же маркеры биологического возраста, которые связывают с продолжительностью жизни, вступают в игру гораздо позже.

От редактора

Данные нового исследования не вполне согласуются с другими моделями старения. Например, мы недавно рассказывали о том, как признаки старения обнаружили еще у человеческих эмбрионов. В этой работе кривая накопления мутаций берет свое начало с первых месяцев зародышевого развития и нигде не выходит на плато, а пониженный риск умереть перед началом полового созревания авторы статьи объясняют другими факторами. Так что в истории с накоплением мутаций остается еще немало белых пятен. Возможно, две эти модели удастся примирить с помощью эксперимента с большей выборкой — важно отметить, что в новой работе ученые анализировали геномы всего 61 семьи.

Мы недавно уже писали о том, как короткую жизнь связали с ранним пубертатом — и еще с темным цветом волос. А о том, почему и куда сдвигается возраст начала полового созревания у людей, читайте в нашем материале «Куда уходит детство».

Источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть