Аскарида Caenorhabditis elegans (C. elegans), нематода длиной в миллиметр, обычно используемая в лабораторных испытаниях, увеличила срок своей жизни, когда исследователи поработали с парой белков, участвующих в мониторинге использования энергии ее клетками.
Белки VRK-1 и AMPK работают в тандеме в клетках круглых червей, причем первый говорит второму, чтобы он начал работать, прикрепив к нему молекулу фосфата, состоящую из одного атома фосфора и четырех атомов кислорода.
В свою очередь, роль AMPK заключается в мониторинге уровней энергии в клетках, когда клеточная энергия истощается. По сути, VRK-1 регулирует AMPK, а AMPK регулирует энергетический статус клетки.
Используя ряд различных инструментов биологических исследований, включая введение чужеродных генов в червя, группа исследователей под руководством профессора Сын-Джэ В. Ли из отдела биологических наук KAIST смог установить, увеличивать и уменьшать активность гена, который сообщает клеткам производить белок VRK-1. Этот ген оставался практически неизменным на протяжении всей эволюции. Этот ген есть у большинства сложных организмов, в том числе у человека.
Ведущий автор исследования Сангсун Парк и его коллеги подтвердили, что сверхэкспрессия или увеличение продукции белка VRK-1 увеличивает продолжительность жизни C. elegans, который обычно живет всего две-три недели, а ингибирование выработки VRK-1 сокращает его продолжительность жизни.
Исследовательская группа обнаружила, что активность процесса мониторинга клеточной энергии VRK-1-to-AMPK увеличивается при низком энергетическом статусе клеток за счет снижения митохондриального дыхания, набора метаболических химических реакций, которые используют кислород, которым дышит червь для преобразования макроэлементы из пищи в энергетическую «валюту», которую клетки тратят, чтобы делать все, что им нужно.
Уже известно, что митохондрии, производящие энергию машинные отделения в клетках, играют решающую роль в старении, а снижение функционирования митохондрий связано с возрастными заболеваниями. В то же время было показано, что легкое ингибирование митохондриального дыхания способствует долголетию у ряда видов, включая мух и млекопитающих.
Когда исследовательская группа провела аналогичную работу с культивированными человеческими клетками, они обнаружили, что могут также воспроизвести это ускорение и замедление процесса преобразования VRK-1 в AMPK, которое происходит у круглых червей.
«Это поднимает интригующую возможность того, что VRK-1 также действует как фактор, определяющий долголетие человека, и поэтому, возможно, мы сможем начать разработку препаратов, способствующих долголетию, которые изменяют активность VRK-1», – пояснил профессор Ли.
По крайней мере, исследование указывает нам на интересное направление для исследования новых терапевтических стратегий борьбы с метаболическими нарушениями путем нацеливания на модуляцию VRK-1. Нарушения обмена веществ предполагают нарушение химических реакций в организме, в том числе заболевания митохондрий.
Но до того, как ученые смогут рассматривать препараты для лечения метаболических нарушений или лекарства для долголетия, необходимо провести дальнейшие исследования, чтобы лучше понять, как VRK-1 работает для активации AMPK, а также выяснить точную механику того, как AMPK контролирует клеточную энергию.
Работа поддержана Национальным исследовательским фондом (NRF) и Министерством науки и информационных технологий (MSIT) Кореи.