Unsterblichkeit im Austausch gegen Unfruchtbarkeit? • Alexey Timoshenko • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • Genetik

Unsterblichkeit im Austausch gegen Unfruchtbarkeit?

Nematode C. elegans (Farbe ermöglicht die Auswahl des Zellkerns). Fotos von en.wikipedia.org

Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Arkansas Medical University (Little Rock, USA) unter der Leitung von Robert Schmuckler Rice schaffte es, das Zehnfache zu erreichen – ein Rekord bis heute – die Lebensdauer eines Nematodenwurms zu erhöhen. Durch nur eine Veränderung im Alter-1-Gen gelang es ihnen, Individuen zu bekommen, die langlebig, resistent gegen verschiedene Gifte, aber gleichzeitig völlig sterile Nachkommen gaben.

Fadenwurm (Fadenwurm) Caenorhabditis elegans – Ein bevorzugter Modellorganismus von Biologen. Wenn das Beispiel von Bakterien ist E. coli Biologen studieren Prokaryoten, zum Beispiel Hefe Saccharomyces cerevisiae – einzellige Organismen dann C. elegansist zusammen mit der Fruchtfliege und der Labormaus ein unverzichtbares Objekt für die Untersuchung multizellulärer Tiere.

Biologen lieben den Wurm teilweise aufgrund seiner Transparenz und Reproduktionsrate (der gesamte Entwicklungszyklus) C. elegans ist ungefähr drei Tage). Und obwohl C. elegans für mehrere Jahrzehnte der Forschung kaum sichtbar für das menschliche Auge (es erreicht nur 1 mm Länge), von denen einige den Problemen alternder Organismen gewidmet sind,Dieser winzige Wurm hat der Menschheit schon viel gebracht – Molekularbiologen, Embryologen und sogar Neurobiologen haben damit gearbeitet und arbeiten weiter (der Wurm hat ein Nervensystem von dreihundert Neuronen).

Bis heute, C. elegans Es gibt etwa 80 Mutationen, die die Lebenserwartung beeinflussen. Insbesondere wurde zuvor festgestellt, dass Verletzungen von Molekülkaskaden, die mit einem wichtigen Hormon (im Menschen vorhanden), dem insulinähnlichen Wachstumsfaktor IGF-1 (insulinähnlicher Wachstumsfaktor, IGF-1), verbunden sind, zu einem dreifachen Überschuss der natürlichen zweiwöchigen Lebensdauer von Nematoden führten C. elegans (und gab einen etwas kleineren Effekt bei der Arbeit mit anderen Arten, wie Mäusen). Allerdings in einer Arbeit, die kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht wurde AlternzelleDieser Rekord wurde mehr als dreimal übertroffen. Das "Knock-out" eines der Enzyme in der Kaskade des insulinähnlichen Wachstumsfaktors ergab keine dreifache, sondern eine zehnfache Zunahme der Lebenserwartung: Einige der experimentellen Nematoden lebten neun Monate.

In jedem Organismus – auch einzellig – gibt es eine Reihe von molekularen Kaskaden, die Informationen über äußere Einflüsse oder Veränderungen der inneren Umgebung auf einen komplexen Mechanismus zur Regulation der Genexpression übertragen.Ein Signal, das an Zellmembranrezeptoren ankommt (zum Beispiel wenn ein Rezeptormolekül mit einem Signalhormonmolekül, Neurotransmitter oder Medikament wechselwirkt) löst eine Kette von komplexen Transformationen aus, wie zum Beispiel Proteinkonformationen, Hinzufügen und Entfernen von Phosphatgruppen, katalysieren und hemmen verschiedene biochemische Reaktionen). In jedem Stadium der Transformation, sowohl Signalverstärkung und seine Übertragung auf die notwendige Seite – zum Kern und Transkriptionsfaktoren, die die Transkription von DNA aus bestimmten Genen regulieren.

IGF-1-Molekül-Kaskaden-Diagramm (Signalweg, vermittelt durch IGF-1). Abb. von der Website www.grt.kyushu-u.ac.jp (dort sind alle Faktoren in der Abbildung klickbar)

Zu den Substanzen, die molekulare Kaskaden auslösen können, gehören insbesondere Insulin und insulinähnlicher Wachstumsfaktor IGF-1. Die Verzweigung der durch Insulinrezeptoren ausgelösten Molekülkaskaden führt dazu, dass dieses relativ kurze Peptid (51 Aminosäuren) die Prozesse vom Glukosestoffwechsel und der Blutdruckregulation bis zum Auftreten neurodegenerativer Erkrankungen beeinflusst. Eine Kette von 70 Aminosäuren mit ähnlicher Molekülstruktur, IGF-1, spielt bereits eine andere Rolle.Insulinähnlicher Wachstumsfaktor ist an den Prozessen der Differenzierung und des Zellwachstums beteiligt und kann sogar zur Blockierung von Apoptose – programmiertem Zelltod – führen. IGF-1 ist auch an der Regulation der Synthese von somatotropem Hormon beteiligt (welches beim Menschen bereits auf der Ebene des Organismus als Ganzes für das Wachstum von Knochen bei Kindern und Jugendlichen verantwortlich ist), was gleichzeitig die Synthese und den Abbau von Protein und wiederum den Glukosespiegel im Blut beeinflusst.

Die durch einen insulinähnlichen Wachstumsfaktor ausgelöste Signalkaskade ist ziemlich komplex. IGF-1 interagiert zuerst mit speziellen Rezeptoren, dann wird das Signal unter Beteiligung des erstklassigen Phosphatidyl-Inositol-3-Kinase-Enzyms (PI3KCS) zu vier verschiedenen Kinaseproteinen und bereits von Kinasen zum Kern und zum Genom (wo Genexpression beginnt oder aufhört). Es ist möglich, in die Arbeit dieser Kaskade in verschiedenen Stadien einzugreifen, diese oder andere Gene zu deaktivieren, und solche Eingriffe führen oft zu einer Veränderung der Lebensdauer des Wurms.

In der Arbeit von amerikanischen Wissenschaftlern untersucht Nonsense-Mutation (die zur Unterbrechung der Proteinsynthese führt: anstelle des Codons, das für die nächste Aminosäure in der Kette kodiert, ein Stopcodon erscheint) des Gens Alter 1Kodieren eines PI3K-ProteinsCS. Zuvor wurde die Verletzung anderer Teile der Signalkette an Mutationen anderer Gene – zum Beispiel des Gens – untersucht Daf-2 (kodierend für den IGF-1-Rezeptor) und Daf-12 (kodierender Transkriptionsfaktor). Das "Ausknocken" dieser beiden Gene ergab eine der früheren Aufzeichnungen – das Leben der Nematoden wurde 4,4 mal verlängert. Aber das ist immer noch nicht eine Größenordnung und darüber hinaus aufgrund der Kombination von zwei Mutationen (und nicht eine, wie im Falle von Alter 1).

Reis und Kollegen gelang es, Nachkommen von Genmutanten zu bekommen Alter 1von denen bisher angenommen wurde, dass sie grundsätzlich kein erwachsenes Alter erreichen. Die Eltern mutanter Nematoden waren heterozygot – mit einer funktionierenden Kopie des Gens und daher mit normaler Physiologie. Das heißt, in ihren diploiden Zellen trug nur ein Chromosomensatz die für uns interessante Genmutation. Alter 1. Die Wirkung dieser Mutation manifestierte sich nur bei 1/4 der Nachkommen, die (in voller Übereinstimmung mit den Mendelschen Erbgesetzen) beide Gruppen von genetischem Material mit einer Mutation im Gen erhielten Alter 1. Dieses Viertel der ersten Generation von homozygoten Mutanten trug eine gewisse Menge an mütterlichem Enzym und war daher in der Lage, Nachkommen zu bringen (ohne PI3K endet der Prozess der Keimzellbildung nicht).Mutanten konnten bei niedriger Temperatur (15-20 ° C statt der normalen 25 ° C, bei denen, wie eine Reihe von Autoren früher zeigte, die Entwicklung im Larvenstadium aufhörte) wachsen und die zweite Generation bekommen – interessant, weil sie das Ererbte nicht hatten Muttereienzym PI3KCS; im engeren Sinne waren es diese Nematoden, die alle Wirkungen der Mutation erfuhren.

Homozygote Mutanten der zweiten Generation lebten zehnmal länger als normal C. elegans. Aber zur gleichen Zeit waren sie steril: die völlige Abwesenheit von PI3KCSeinschließlich der Eltern, führte nicht nur zur Verlängerung des Lebens, sondern auch zur Unfruchtbarkeit. Also die Trennung der bestehenden molekularen Kaskade (nämlich die Trennung der bestehenden, und nicht die Zugabe von einigen neuen Genen!) Immer noch nicht für sie für nichts vergeben.

Eine natürliche Frage stellt sich: Ist es prinzipiell möglich, die Ergebnisse einer Studie auf Säugetiere auszudehnen? Schließlich lebten Mäuse mit Mutationen, die die IGF-1-Kaskade beeinflussen, auch länger als gewöhnlich, aber nur 1,7-mal, und gleichzeitig wurden für sie zusätzliche Ernährungseinschränkungen eingeführt. Vielleicht ist es also möglich, das Gen-bezogene auszugleichen Alter 1 Unfruchtbarkeit und nur ein langes Leben lassen?

Eine Reihe von Daten zeigt, dass es unmöglich ist – zumindest in einer Aktion. IGF-1 und verwandte Enzyme sind zumindest auch in metabolischen Prozessen involviert (eine detaillierte Studie der gleichen Gruppe von Autoren verspricht, in naher Zukunft zu veröffentlichen). Darüber hinaus erwiesen sich langlebige Würmer auch als widerstandsfähiger gegen Wasserstoffperoxid, aber weniger beständig gegen hohe Temperaturen (35 ° C) im Vergleich zu herkömmlichen Würmern. Wenn ein Gen eine solche Vielfalt von Prozessen beeinflusst, was können wir dann über die Interaktion mehrerer Gene in Bezug auf die Reifung von Eiern sagen?

Quelle: Srinivas Ayyadevara, Ramani Alla, John J. Tha- den, Robert J. Shmookler Reis. Bemerkenswerte Langlebigkeit und Stressresistenz von Nematoden PI3K-null Mutanten // Alternzelle. 2208. V. 7. № 1. P. 13-22 (10) (Volltext – PDF, 450 Kb).

Alexei Timoschenko


Like this post? Please share to your friends:
Schreibe einen Kommentar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: