Часы биологического старения: открытие хрупких мест в митохондриальной ДНК

Как известно, старение связано с повреждением ДНК в наших клетках. Особенно чувствительны к этому митохондрии - органеллы, которые обеспечивают нас энергией. У них есть своя ДНК, которая может теряться или меняться со временем. Это приводит к тому, что митохондрии начинают работать хуже и портить клетку.


Ученые из Центра геномных исследований Балтийского федерального университета и их коллеги проанализировали данные о более чем 1,3 тыс. делециях митохондриальной ДНК и обнаружили, что такие мутации сконцентрированы в определенном участке генома.
Оказалось, что в этом месте ДНК скручивается в своеобразную петлю, которая образуется при ее копировании. Эта петля делает ДНК уязвимой для разрывов и потерь.



Ученые считают, что форма ДНК влияет на ее стабильность больше, чем наличие повторяющихся участков, которые тоже могут вызывать мутации. Это открывает новые возможности для изучения старения и поиска способов его замедления.

Для того, чтобы увидеть эту петлю в трехмерном виде, ученые использовали специальные компьютерные программы, которые позволяют моделировать структуру ДНК. Они обнаружили, что петля имеет вид большой шпильки с центром около 11 тыс. пар оснований - это примерно треть от всей длины митохондриальной ДНК. В этом центре два участка ДНК приближаются друг к другу и образуют контактную зону, где часто происходят потери.


— кандидат биологических наук, приглашенный профессор БФУ имени И. Канта из Политехнического университета Лозанны Константин Попадьин.

Исследователи также изучили, как частота потерь зависит от возраста и генетического происхождения человека. Они сравнили данные о делециях у людей разных гаплогрупп - это группы людей, которые имеют общих предков по материнской линии. Они обнаружили, что частота делеций в контактной зоне увеличивается с возрастом и различается у разных гаплогрупп. Это может объяснять различия в продолжительности жизни и скорости старения у разных народов.

Ученые также посмотрели на делеции в митохондриальной ДНК у животных. Они нашли, что контактная зона существует не только у человека, но и у других млекопитающих, таких как мыши, крысы, собаки и обезьяны. Они предположили, что контактная зона может быть эволюционно консервативной структурой, которая играет важную роль в регуляции репликации митохондриальной ДНК.

Это исследование помогает лучше понять процессы старения и возникновения различных болезней, связанных с повреждением митохондрий. Методика, основанная на полученных выводах, может помочь предсказывать риски развития определенных возрастных заболеваний, связанных с мутациями митохондриальной ДНК. Ученые в Центре геномных исследований Балтийского федерального университета сейчас работают над расширением результатов исследования на различные гаплогруппы - наборы нуклеотидов, унаследованных от общего предка в конкретной территории. Ведется разработка единой концепции, целью которой является выявление уязвимых мест в митохондриальном геноме каждого человека. Индивидуальный анализ риска образования делеций может быть использован для разработки методов генной терапии и профилактики возрастных заболеваний.