پیری ممکن است مانند یک فرآیند ناهماهنگی به نظر برسد: با گذشت زمان، سلول‌ها و بدن ما آسیب می‌بینند که باعث اختلال در عملکرد، شکست و در نهایت مرگ می‌شود. با این حال، یک کشف در سال 1993 این تفسیر از وقایع را تغییر داد.
به گزارش زومیت که توسط 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 اساسی پیری در حیوانات از کرم‌ها و مگس‌ها تا انسان‌ها هستند. این کشف نشان داد که پیری یک فرآیند تصادفی نیست و ژن‌های خاصی آن را تنظیم می‌کنند و راه را برای تحقیقات بیشتر در مورد چگونگی پیشرفت پیری در سطح مولکولی باز کرد.
اخیراً، مجموعه‌ای از مقالات مسیر بیوشیمیایی جدیدی را ثبت کرده‌اند که پیری را تنظیم می‌کند. این مسیر بر اساس سیگنال هایی است که بین میتوکندری ها، اندامک هایی که به عنوان نیروگاه سلول شناخته می شوند، ارسال می شود.
محققان با انجام مطالعه ای بر روی کرم ها دریافتند که آسیب به میتوکندری در سلول های مغز باعث پاسخ ترمیم می شود و واکنش های مشابهی در میتوکندری در سراسر بدن کرم به دنبال داشت. تاثیر این فعالیت تعمیری افزایش طول عمر کرم بود. علاوه بر این، در این سیستم ارتباطی ضد پیری، سلول های زایا (سلول هایی که تخمک و اسپرم تولید می کنند) نقش اساسی داشتند. برخی از یافته‌ها در مجله Science Advances گزارش شده و برخی اخیراً در سرور مقاله پیش‌چاپ biorxiv.org منتشر شده‌اند.
میتوکندری های بافت های مختلف با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند
تحقیقات جدید بر اساس مجموعه ای از تحقیقات اخیر است که نشان می دهد میتوکندری اندامک های اجتماعی هستند که حتی زمانی که در بافت های مختلف قرار دارند با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. 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 سرنخ ها را برای این مسیر جدید که طول عمر را تنظیم می کند، کشف کرد. او در جستجوی ژن های افزایش دهنده طول عمر در کرم Caenorhabditis elegans بود که متوجه شد آسیب ژنتیکی به میتوکندری باعث افزایش 50 درصدی در طول عمر کرم ها می شود. این نتیجه غیرمنتظره بود.
دیلین فرض کرد که میتوکندری های معیوب به جای افزایش عمر، مرگ را تسریع می کنند، زیرا برای عملکرد سلول حیاتی هستند. با این حال، اختلال در عملکرد میتوکندری باعث شد کرم ها عمر طولانی تری داشته باشند. جالب‌تر اینکه میتوکندری‌های آسیب‌دیده در سیستم عصبی کرم‌ها مسئول این اثر هستند. دیلین که اکنون استاد دانشگاه کالیفرنیا در برکلی است، می گوید: «این مشاهدات نشان می دهد که برخی از میتوکندری ها از بقیه مهم تر هستند.
اکنون، دیلین و تیمش یافته‌های قبلی خود را با کشف جزئیات جدید درباره نحوه ارتباط میتوکندری‌های مغز با سلول‌های سراسر بدن کرم برای افزایش طول عمر آن گسترش داده‌اند.
در طول دهه گذشته، اندرو دیلین جزئیات بیوشیمیایی مسیر جدیدی را کشف کرده است که پیری را تنظیم می کند.
فرآیند میتوکندری برای تولید انرژی 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 دست رفته یا به درستی جمع نشده‌اند، میتوکندری‌ها پاسخ استرسی به نام «واکنش پروتئینی تا شده» را فعال می‌کنند که آنزیم‌های ترمیم‌کننده را برای کمک به بازیابی عملکرد میتوکندری ارائه می‌دهد. بنابراین، پاسخ پروتئین های تا شده سلول را سالم نگه می دارد.
آسیب ژنتیکی میتوکندری باعث افزایش طول عمر کرم ها می شود
دیلین انتظار داشت که پاسخ ترمیم فقط در سلول های عصبی با میتوکندری آسیب دیده رخ دهد. با این حال، او مشاهده کرد که سلول‌های سایر بافت‌های 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 عمر طولانی تری داشته باشند. به نظر می رسید 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. آنچه مشخص نبود این بود که چگونه پاسخ پروتئین های آسیب دیده به بقیه ارگانیسم منتقل شد.
تیم دیلین دریافتند 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.
زیست‌شناسان قبلاً می‌دانستند که مسیر سیگنال‌دهی Wnt در تنظیم الگوی بدن در مراحل اولیه رشد جنینی نقش دارد، که طی آن فرآیندهای ترمیم مانند پاسخ پروتئین‌های آسیب‌دیده را نیز آغاز می‌کند. با این حال، هنگامی که مسیر سیگنالینگ Wnt در بزرگسالان فعال می شود، چگونه از فعال شدن برنامه جنینی جلوگیری می کند؟
پاسخ پروتئین های تا شده به عنوان یک فرآیند ضد پیری عمل می کند
دیلین فکر کرد 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 هیچ میتوکندری دیگری) بیان می‌شود، می‌تواند روند رشد Wnt را مختل کند. این نتیجه نشان داد که سلول‌های زاینده نقش حیاتی در انتقال سیگنال Wnt بین سیستم عصبی و بافت‌های سراسر بدن دارند. دیلین گفت: «سلول های زاینده برای این امر کاملاً ضروری هستند. با این حال، مشخص نیست که آیا میتوکندری سلول‌های زاینده به‌عنوان تقویت‌کننده سیگنال عمل می‌کنند، سیگنال را از میتوکندری مغز می‌گیرند و به بافت‌های دیگر منتقل می‌کنند 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 او کاهش می یابد. این کاهش همچنین خود را در تغییر توانایی سلول های زایا برای انتقال سیگنال از میتوکندری مغز نشان می دهد. با بالا رفتن سن کرم، سلول‌های خط زایا در انتقال سیگنال‌های ترمیم کارایی کمتری پیدا می‌کنند و بدن دچار انحطاط می‌شود.
دانشمندان هنوز نمی دانند که آیا یافته های توصیف شده در مورد انسان ها و نحوه پیری ما نیز صدق می کند یا خیر. اگرچه به گفته دیلین، این فرضیه از دیدگاه تکاملی معنا دارد. تا زمانی که سلول‌های زایا سالم هستند، سیگنال‌های حامی بقا ارسال می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که میزبان برای تولید مثل زنده می‌ماند. اما با کاهش کیفیت سلول های زایا، هیچ دلیل تکاملی برای افزایش بیشتر طول عمر وجود ندارد. از دیدگاه تکاملی، هدف زندگی بازتولید خود است.
این واقعیت که میتوکندری ها می توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند تا حدودی نگران کننده به نظر می رسد، اما توضیحی برای آن وجود دارد.
مدت‌ها پیش، میتوکندری‌ها باکتری‌های آزاد بودند که به نوع دیگری از سلول‌های اولیه پیوستند تا در سلول‌های پیچیده امروزی کار کنند. بنابراین، توانایی آنها برای برقراری ارتباط احتمالاً یادگاری از جد باکتری میتوکندریایی است که زندگی آزاد دارد. دیلین گفت: «این اندامک کوچک که میلیاردها سال در داخل سلول ها زندگی کرده است، هنوز منشا باکتریایی خود را حفظ کرده است.
اگر تحقیقات دیلین در مورد کرم ها در موجودات پیچیده تری مانند انسان تکرار شود، شاید میتوکندری های شما در حال حاضر با یکدیگر درباره سن شما صحبت می کنند.