Ikääntyminen voi tuntua säätelemättömältä prosessilta: Ajan myötä solumme ja kehomme kerääntyvät väistämättä naarmuja ja kolhuja, jotka aiheuttavat toimintahäiriöitä, epäonnistumisia ja lopulta kuoleman. Kuitenkin vuonna 1993 löytö muutti tämän tulkinnan tapahtumista. Tutkijat löysivät mutaation yhdestä geenistä, joka kaksinkertaisti madon eliniän; myöhemmät työt osoittivat, että sukua olevat geenit, jotka kaikki osallistuvat insuliinivasteeseen, ovat keskeisiä ikääntymisen säätelytekijöitä monissa eläimissä, matoista ja kärpäsistä ihmisiin. Löytö ehdotti, että ikääntyminen ei ole satunnainen prosessi - todellakin tietyt geenit säätelevät sitä - ja avasi oven lisätutkimukselle siitä, miten ikääntyminen etenee molekyylitasolla.

Äskettäin joukko papereita dokumentoi uuden biokemiallisen reitin, joka säätelee ikääntymistä. Reitti perustuu mitokondrioiden, solun voimanlähteenä tunnettujen organellien, välillä kulkeviin signaaleihin. Matojen kanssa työskennellessä tutkijat havaitsivat, että aivosolujen mitokondrioiden vaurioituminen laukaisi korjausvasteen, joka sitten vahvistui ja laukaisi samanlaisia ​​reaktioita mitokondrioissa koko madon kehossa. Tämän korjaustoiminnan vaikutuksena oli organismin eliniän pidentäminen: Madot, joilla oli korjattu mitokondriovaurio, elivät 50 % pidempään.

Lisäksi ituradan solut – munasoluja ja siittiöitä tuottavat solut – olivat keskeisiä tässä ikääntymistä estävässä viestintäjärjestelmässä. Se on havainto, joka lisää uusia ulottuvuuksia hedelmällisyyteen liittyviin huolenaiheisiin, kun ihmiset puhuvat ikääntymisestä ja "biologisesta kellostaan". Osa löydöistä oli raportoitu Tiede ennakot ja muut on lähetetty tieteellinen esitulostuspalvelin biorxiv.org syksyllä.

Tutkimus perustuu viimeaikaiseen työhön, joka viittaa siihen mitokondriot ovat sosiaalisia organelleja jotka voivat puhua toisilleen vaikka olisivat eri kudoksissa. Pohjimmiltaan mitokondriot toimivat soluradiopuhelimina lähettäen kaikkialle kehoon viestejä, jotka vaikuttavat koko organismin selviytymiseen ja elinikään.

"Tässä on tärkeää, että geneettisten ohjelmien lisäksi on myös erittäin tärkeä ikääntymistä säätelevä tekijä, joka on kudosten välinen kommunikaatio", sanoi. David Vilchez, joka opiskelee ikääntymistä Kölnin yliopistossa eikä ollut mukana uudessa tutkimuksessa.

Solubiologi Andrew Dillin löysi ensimmäiset vihjeet tästä uudesta polusta, joka säätelee elinikää noin vuosikymmen sitten. Hän metsästi elämää pidentäviä geenejä Caenorhabditis elegans matoja, kun hän havaitsi, että mitokondrioiden geneettinen vahingoittaminen pidensi matojen elinikää 50%.

Se oli odottamatonta. Dillin oli olettanut, että vialliset mitokondriot nopeuttaisivat kuolemaa eivätkä pidentäisi elämää - loppujen lopuksi mitokondriot ovat keskeisiä solujen toiminnalle. Kuitenkin jostain syystä mitokondrioiden sujuvan toiminnan häiriintyminen pakotti madot elämään pidempään.

Kiinnostavampaa oli se tosiasia vaurioituneet mitokondriot matojen hermostossa näytti olevan vaikutusta. "Se todellakin sanoo, että jotkut mitokondriot ovat tärkeämpiä kuin toiset", sanoi Dillin, joka on nykyään professori Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä. "Neuronit sanelevat tämän muulle organismille, ja se oli todella yllättävää."

Nyt Dillin ja hänen tiiminsä ovat laajentaneet tätä löytöä löytämällä uusia yksityiskohtia siitä, kuinka aivojen mitokondriot kommunikoivat solujen kanssa madon kehossa eliniän pidentämiseksi.

Ensin hänen piti ymmärtää, miksi aivojen mitokondrioiden vaurioituminen voisi mahdollisesti vaikuttaa myönteisesti elimistöön. Mitokondrioiden energiantuotantoprosessi vaatii erittäin monimutkaisen molekyylikoneiston, jossa on kymmeniä erilaisia ​​proteiiniosia. Kun asiat menevät pieleen, esimerkiksi kun jotkin komponentit puuttuvat tai laskostuvat väärin, mitokondriot aktivoivat stressivasteen, joka tunnetaan nimellä laskostumaton proteiinivaste, joka toimittaa korjausentsyymejä, jotka auttavat komplekseja koomaan kunnolla ja palauttamaan mitokondrioiden toiminnan. Tällä tavalla laskostumaton proteiinivaste pitää solut terveinä.

Dillin odotti tämän prosessin avautuvan vain hermosolujen sisällä, joissa mitokondriot ovat vaurioituneet. Silti hän havaitsi, että myös madon kehon muiden kudosten solut aktivoivat korjausvasteita, vaikka niiden mitokondriot olivat ehjät.

Tämä korjaustoiminta auttoi matoja elämään pidempään. Kuten auton säännöllinen kuljettaminen mekaanikolle, laskostunut proteiinivaste näytti pitävän solut hyvässä toimintakunnossa ja toimivan ikääntymistä estävänä yksityiskohtana. Salaperäiseksi jäi se, kuinka tämä laskostunut proteiinivaste välitettiin muulle organismille.

Jonkin tutkimuksen jälkeen Dillinin ryhmä havaitsi, että stressaantuneiden hermosolujen mitokondriot käyttivät rakkuloita - kuplamaisia ​​säiliöitä, jotka siirtävät materiaalia solun ympärillä tai solujen välillä - kuljettaakseen Wnt-nimisen signaalin hermosolujen ulkopuolelle kehon muihin soluihin. Biologit tiesivät jo, että Wnt:llä on rooli varhaisen alkion kehityksen aikana, jolloin se laukaisee myös korjausprosesseja, kuten laskostumattoman proteiinivasteen. Miten Wnt-signalointi voisi kuitenkin välttää alkioohjelman aktivoinnin, kun se on otettu käyttöön aikuisella?

Dillin epäili, että täytyi olla toinen signaali, jonka kanssa Wnt oli vuorovaikutuksessa. Lisätyön jälkeen tutkijat havaitsivat, että ituradan mitokondrioissa - eikä missään muussa mitokondriossa - ilmentyvä geeni voi keskeyttää Wnt:n kehitysprosessit. Tämä tulos vihjasi hänelle sitä sukusoluilla on ratkaiseva rooli välittäessään Wnt-signaalin hermoston ja kudosten välillä koko muuhun kehoon.

"Idulinja on ehdottoman välttämätön tälle", Dillin sanoi. Ei ole kuitenkaan selvää, toimivatko ituradan mitokondriot vahvistimina, vastaanottavatko signaalin aivojen mitokondrioista ja välittävät sen muihin kudoksiin, vai "kuuntelevatko vastaanottavat kudokset" signaaleja molemmista lähteistä.

Joka tapauksessa ituradan signaalin voimakkuus säätelee organismin elinikää, Dillin sanoi. Madon ikääntyessä sen munasolujen tai siittiöiden laatu heikkenee – mitä me kutsumme biologisen kellon tikitykseksi. Hän ehdotti, että lasku heijastuu myös sukusolujen muuttuvaan kykyyn lähettää signaaleja aivojen mitokondrioista. Maton ikääntyessä sen iturata välittää korjaussignaalin heikommin, joten myös sen keho heikkenee.

Tiedemiehet eivät vielä tiedä, pätevätkö nämä havainnot ihmisiin ja miten ikääntymme. Silti hypoteesi on järkevä laajemmasta evoluution näkökulmasta, Dillin sanoi. Niin kauan kuin sukusolut ovat terveitä, ne lähettävät eloonjäämistä edistäviä signaaleja varmistaakseen, että niiden isäntäorganismi selviää lisääntyäkseen. Mutta kun sukusolujen laatu heikkenee, ei ole evoluutionaalista syytä jatkaa eliniän pidentämistä; evoluution näkökulmasta elämä on olemassa lisääntyäkseen itseään.

Se, että mitokondriot voivat puhua keskenään, saattaa tuntua hieman hälyttävältä, mutta siihen on selitys. Kauan sitten mitokondriot olivat vapaasti eläviä bakteereja, jotka yhdistivät voimansa toisentyyppisten primitiivisten solujen kanssa työskennelläkseen yhdessä niistä, joista tuli nykyaikaisia ​​monimutkaisia ​​solujamme. Joten heidän kykynsä kommunikoida on luultavasti jäänne mitokondrioiden vapaana elävältä bakteeri-esi-isältä.

"Tämä pieni asia, joka on tikittänyt solujen sisällä miljardeja vuosia, säilyttää edelleen bakteeriperänsä", Dillin sanoi. Ja jos hänen matotutkimuksensa pätee monimutkaisempiin organismeihin, kuten ihmisiin, on mahdollista, että mitokondriosi puhuvat juuri nyt iästäsi.