پیری می تواند مانند یک فرآیند ناهماهنگی به نظر برسد: با گذشت زمان، سلول ها و بدن ما آسیب می بینند که منجر به اختلال عملکرد، شکست و در نهایت مرگ می شود. با این حال، یک کشف در سال 1993 این تفسیر از وقایع را تغییر داد.
به گزارش زومیت که در مجله Quanta منتشر شده است، محققان یک جهش ژنتیکی یافته اند که طول عمر این کرم را دو برابر می کند. تحقیقات بعدی نشان داد که ژن‌های مرتبط، که همگی در پاسخ به انسولین نقش دارند، تنظیم‌کننده‌های کلیدی پیری در حیوانات، از کرم‌ها و مگس‌ها گرفته تا انسان‌ها هستند.
این کشف نشان داد که پیری یک فرآیند تصادفی نیست و ژن‌های خاصی آن را تنظیم می‌کنند و دری را برای تحقیقات بیشتر در مورد چگونگی پیشرفت پیری در سطح مولکولی باز می‌کند.
اخیراً، مجموعه‌ای از مقالات مسیر بیوشیمیایی جدیدی را ثبت کرده‌اند که پیری را تنظیم می‌کند. این مسیر به سیگنال‌هایی متکی است که بین میتوکندری، اندامک‌هایی که به عنوان نیروگاه سلول شناخته می‌شوند، ارسال می‌شود.
هنگام انجام مطالعه ای روی کرم ها، محققان دریافتند که آسیب به میتوکندری در سلول های مغز باعث ایجاد یک پاسخ ترمیمی می شود و پاسخ های مشابهی در میتوکندری در سراسر بدن کرم دنبال می شود. اثر این فعالیت تعمیری افزایش طول عمر کرم بود.
علاوه بر این، سلول های زایا (سلول هایی که تخمک و اسپرم تولید می کنند) نقش اساسی در این سیستم ارتباطی ضد پیری دارند. برخی از نتایج در مجله Science Advances گزارش شده است و برخی دیگر اخیراً در سرور مقاله preprint biorxiv.org منتشر شده است.
میتوکندری از بافت های مختلف با یکدیگر ارتباط برقرار می کند
تحقیقات جدید بر اساس مجموعه ای از تحقیقات اخیر است که نشان می دهد میتوکندری ها اندامک های اجتماعی هستند که با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند، حتی اگر در بافت های مختلف باشند.
در واقع، میتوکندری ها به عنوان واکی تاکی سلولی عمل می کنند و پیام هایی را در سراسر بدن ارسال می کنند که بر بقا و طول عمر ارگانیسم تأثیر می گذارد.
اندرو دیلان، زیست شناس سلولی، حدود یک دهه پیش اولین شواهد از این مسیر جدید را کشف کرد که طول عمر را تنظیم می کند. او به دنبال ژن های با عمر طولانی تر در کرم Caenorhabditis elegans بود که متوجه شد آسیب ژنتیکی به میتوکندری منجر به افزایش 50 درصدی در طول عمر کرم می شود. این نتیجه غیرمنتظره بود.
دیلین این فرضیه را مطرح کرد که میتوکندری های معیوب به جای افزایش عمر، مرگ را تسریع می کنند، زیرا برای عملکرد سلولی حیاتی هستند. با این حال، اختلال در عملکرد میتوکندری باعث شد کرم ها بیشتر عمر کنند.
جالب‌تر اینکه میتوکندری‌های آسیب‌دیده در سیستم عصبی کرم‌ها مسئول این اثر هستند. دیلین، استاد دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، می‌گوید: «این مشاهدات نشان می‌دهد که برخی از میتوکندری‌ها مهم‌تر از بقیه هستند.
اکنون دیلین و تیمش یافته‌های قبلی خود را با کشف جزئیات جدیدی در مورد نحوه ارتباط میتوکندری‌های مغز با سلول‌های سراسر بدن کرم برای افزایش طول عمر آن گسترش داده‌اند.
در طول دهه گذشته، اندرو دیلین جزئیات بیوشیمیایی یک مسیر سیگنالینگ جدید را کشف کرده است که پیری را تنظیم می کند.
فرآیند تولید انرژی توسط میتوکندری نیازمند ماشین آلات مولکولی بسیار پیچیده با ده ها جزء پروتئینی مختلف است. هنگامی که مشکلی پیش می‌آید، مانند زمانی که برخی از اجزاء از بین می‌روند یا به درستی تا نشده‌اند، میتوکندری‌ها پاسخ استرسی به نام «واکنش پروتئینی برابر» را فعال می‌کنند که آنزیم‌های ترمیم‌کننده را برای بازگرداندن عملکرد میتوکندری آزاد می‌کند. بنابراین، پاسخ پروتئین های تا شده سلول را سالم نگه می دارد.
آسیب ژنتیکی به میتوکندری باعث افزایش طول عمر کرم ها می شود
دیلین فرض کرد که پاسخ ترمیم فقط در سلول های عصبی با میتوکندری آسیب دیده رخ می دهد. با این حال، او مشاهده کرد که سلول‌های بافت‌های دیگر بدن کرم نیز پاسخ ترمیمی را فعال می‌کنند، حتی اگر میتوکندری آنها دست نخورده باشد.
این فعالیت بازسازی است که به کرم ها کمک می کند بیشتر عمر کنند. به نظر می رسد که واکنش پروتئین های تا شده سلول ها را در حالت طبیعی نگه می دارد و به عنوان یک فرآیند ضد پیری عمل می کند. یه چیز خاص نبود به این ترتیب پاسخ پروتئین های چین خورده به بقیه ارگانیسم منتقل شد.
تیم دیلین دریافت که میتوکندری در نورون های تحت استرس از وزیکول ها (کیسه های حباب مانندی که مواد را درون و بین سلول ها حمل می کند) برای انتقال سیگنالی به نام Wnt از نورون ها به سلول های دیگر بدن استفاده می کند.
زیست شناسان قبلا می دانستند که مسیر سیگنال دهی Wnt نقشی در تنظیم الگوهای بدن در مراحل اولیه رشد جنین ایفا می کند و در عین حال فرآیندهای ترمیم مانند پاسخ پروتئین های آسیب دیده را نیز آغاز می کند. با این حال، اگر سیگنالینگ Wnt در بزرگسالان فعال شود، چگونه از فعال شدن برنامه جنینی جلوگیری می کند؟
واکنش پروتئین های تا شده به عنوان یک فرآیند ضد پیری عمل می کند
دیلین شک داشت که باید سیگنال دیگری وجود داشته باشد که با Wnt تعامل داشته باشد. پس از بررسی بیشتر، محققان دریافتند که ژنی که در میتوکندری سلول‌های زایا (و نه در سایر میتوکندری‌ها) بیان می‌شود، می‌تواند در فرآیند توسعه Wnt اختلال ایجاد کند.
این نتیجه نشان داد که سلول های زایا نقش مهمی در سیگنال دهی Wnt بین سیستم عصبی و بافت های سراسر بدن دارند. دیلین گفت: «سلول‌های زاینده برای این امر کاملاً ضروری هستند. با این حال، مشخص نیست که آیا میتوکندری سلول زایا با دریافت سیگنال از میتوکندری مغز و انتقال آن به بافت‌های دیگر به عنوان تقویت‌کننده سیگنال عمل می‌کند یا اینکه بافت‌های گیرنده سیگنال‌ها را از هر دو منبع دریافت می‌کنند.
دیلین گفت که شدت سیگنال زایا طول عمر گونه را تنظیم می کند. با افزایش سن کرم، کیفیت تخمک یا اسپرم آن کاهش می یابد. این کاهش همچنین در توانایی تغییر یافته سلول های زایا برای انتقال سیگنال ها از میتوکندری مغز منعکس می شود. با بالا رفتن سن کرم، سلول‌های زایا در انتقال سیگنال‌های ترمیم کارایی کمتری پیدا می‌کنند و بدن تحلیل می‌رود.
دانشمندان هنوز نمی‌دانند که آیا یافته‌های توصیف شده در مورد انسان‌ها و نحوه پیری ما نیز صدق می‌کند یا خیر. اگرچه به گفته دیلین، این فرضیه از منظر تکاملی معنا دارد.
تا زمانی که سلول‌های زاینده سالم هستند، سیگنال‌های حامی بقا ارسال می‌کنند تا از زنده ماندن و تولید مثل میزبان اطمینان حاصل کنند. با این حال، با کاهش کیفیت سلول های زایا، هیچ دلیل تکاملی برای افزایش بیشتر طول عمر وجود ندارد. از دیدگاه تکاملی، معنای زندگی بازتولید خود است.
این واقعیت که میتوکندری ها می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند کمی نگران کننده به نظر می رسد، اما توضیحی برای آن وجود دارد.
مدت‌ها پیش، میتوکندری‌ها باکتری‌های آزاد بودند که با یک نوع سلول اولیه دیگر پیوستند تا در سلول‌های پیچیده امروزی کار کنند.
بنابراین، توانایی آنها در برقراری ارتباط احتمالاً یادگاری از اجداد باکتری های میتوکندریایی آزاد است. دیلین گفت: “این اندامک کوچک که میلیاردها سال در سلول ها زندگی کرده است، هنوز منشا باکتریایی خود را حفظ کرده است.”
اگر تحقیقات دیلین در مورد کرم‌ها به موجودات پیچیده‌تری مانند انسان تعمیم داده شود، میتوکندری‌های شما ممکن است از قبل درباره سن شما با یکدیگر صحبت کنند.