Специалисты Балтийского федерального университета (БФУ) в сотрудничестве с международным научным коллективом обнаружили участок человеческого генома, который может быть ответственен за продолжительность жизни и способствует здоровому старению. Согласно исследованию, представленного в базе bioRxiv, фрагмент митохондриальной ДНК непосредственно влияет на развитие заболеваний, связанных с возрастом, в частности, тех, которые затрагивают мышечную и нервную ткани. Эти результаты могут в будущем содействовать выбору «третьего родителя» для обеспечения будущему поколению долгой и здоровой жизни.

В организме млекопитающих присутствуют различные молекулы ДНК, имеющие различия в строении и функциях. В каждой клетке человека можно обнаружить небольшой фрагмент ДНК, который не находится в ядре, а содержится в митохондриях, ответственных за энергообеспечение клетки. Это и есть митохондриальная ДНК (мтДНК), как пояснили в БФУ им. И. Канта. Она образует замкнутую кольцевую структуру, напоминающую генетический материал бактерий. Основная гипотеза о появлении этой ДНК предполагает древний симбиоз между прокариотическими организмами, такими как бактерии, и эукариотическими клетками животных.

Митохондриальная ДНК передается исключительно от матери без изменений, что ограничивает ее химическое разнообразие по сравнению с ядерной ДНК. Специалисты объясняют, что структура мтДНК может быть представлена в виде генеалогического древа, где генетической предшественницей является так называемая «митохондриальная Ева».

В кольцевой молекуле мтДНК могут возникать «скользкие участки», на которых копирующие ДНК механизмы «спотыкаются», перемещаясь на другой схожий фрагмент, из-за чего молекула становится укороченной и «сломанной», пояснил Константин Попадьин, старший научный сотрудник Центра геномных исследований БФУ. Такие «ошибочные» молекулы возникают повсеместно, вне зависимости от пола, образа жизни и возраста человека, и особенно накапливаются в мышцах и нейронах, где клетки обновляются редко.

Укорочение мтДНК может превращать изначально «дружелюбную» молекулу в «враждебную», чему способствует наличие повторяющихся нуклеотидных фрагментов, удаленных друг от друга. Когда в клетке накапливается критическая масса дефектных мтДНК, возможны заболевания опорно-двигательной и нервной систем, негативно сказывающиеся на жизни человека. Тем не менее, известно, что некоторые люди доживают до 120 лет, сохраняя физическое и ментальное здоровье.

Изучив геном долгожителей, международная команда ученых установила, что их мтДНК отличаются по структуре от мтДНК обычных людей. Изменение химического состава обламывающегося участка в мтДНК с 13 нуклеотидами способствует более точному копированию мтДНК, снижая вероятность ошибок. Это может объяснить причину долгой жизни у некоторых ветвей митохондриального древа.

Ветвь D4A, представители которой обитают в Японии и Китае, обладает уникальным набором нуклеотидов в «скользких участках», что уменьшает риск скольжения и связанной с ним хромосомной делеции. Эти находки актуальны для митохондриальной медицины, появившейся около 20 лет назад. Такой подход может использовать здоровые мтДНК в качестве доноров для яйцеклеток с менее здоровыми мтДНК, обеспечивая условия для здорового и продолжительного существования потомства.

Специалисты предлагают рассматривать материал, лишенный повторов в мтДНК, как источник для «третьего родителя» в случае необходимости митохондриального переноса. Это процедура, в ходе которой донор мтДНК предоставляет свои здоровые мтДНК будущему ребенку в тех случаях, когда мать имеет вредные мутации. Подобная практика уже проводится в некоторых странах, что открывает перспективы для более здоровой жизни без значительных неисправностей в нервной и мышечной системах.

Эта научная работа поддержана национальной программой «Приоритет-2030» в рамках проекта «Наука и университеты», участником которой является БФУ.