Почему большие собаки стареют быстрее: новое исследование раскрывает эпигенетическую тайну

Немецкие доги и мастиффы редко живут больше десяти лет, в то время как чихуахуа могут жить вдвое дольше. Почему именно большие собаки умирают раньше маленьких, было неясно — но новые findings могут помочь разгадать эту тайну.

Исследование, опубликованное в четверг (8 октября) в журнале Science, изучало химический код, написанный поверх ДНК собак. Этот код, называемый метиломом, состоит из химических меток, называемых метильными группами, которые связываются со строительными блоками ДНК.

Белки постоянно получают доступ к ДНК, загружая информацию, записанную в её коде, и унося эти данные для превращения в новые белки для клетки. Но эти метильные группы могут действовать как крошечные дорожные заграждения, останавливающие этот процесс на месте.

Эпигенетические часы

Эти группы являются одним из типов «эпигенетических маркеров», которые collectively помогают контролировать активность генов, и их расположение на ДНК меняется предсказуемым образом по мере старения животных, сказал Live Science соавтор исследования Блез Маринер, биоинформатик из Университета штата Аризона. В многих исследованиях и видах, включая человека, учёные использовали эти данные для построения эпигенетических часов, отслеживающих биологический возраст животных.

Собаки, кстати, являются отличным видом для изучения старения. Их владельцы преданно отслеживают, что они едят, как они живут и как их здоровье меняется со временем. Поэтому Маринер и его коллеги построили эпигенетические часы, используя ДНК из образцов крови, взятых у 894 собак, enrolled в долгосрочный проект Dog Aging Project, базирующийся в Вашингтонском университете.

Эти образцы revealed, как старели иммунные клетки собак. Эти клетки патрулируют всё тело, поэтому «они являются действительно хорошей мерой системного старения», сказал Live Science соавтор исследования Ноа Снайдер-Маклер, геномист из Университета штата Аризона.

Что показали результаты?

Команда обнаружила, что изменения в метилировании ДНК closely отслеживали биологическое старение, в том смысле, что собаки с более старым, чем ожидалось, эпигенетическим возрастом имели более высокий риск смерти от любой причины. Как только они посмотрели, как стареют собаки разного размера, появились чёткие различия.

«Используя наш биомаркер, эти эпигенетические часы, большие собаки старели немного быстрее за год жизни, чем маленькие собаки», — сказал Снайдер-Маклер.

Ключевым эпигенетическим изменением, связанным с большим размером тела, была потеря метильных групп на участках ДНК, называемых транспозоновыми элементами. Также называемые «прыгающими генами», эти элементы могут потенциально перемещаться по геному, но метильные группы помогают остановить их от этого. Но когда это метилирование теряется, прыгающие гены могут стать слишком активными и в конечном итоге повреждать другие гены и вызывать воспаление — ключевой процесс, который усиливается с возрастом.

Короче говоря, новые данные предполагают, что вышедшие из-под контроля прыгающие гены могут способствовать более быстрому старению больших собак.

Потеря клеточной идентичности

У стареющих собак команда обнаружила, что некоторые области генома с небольшим количеством химических меток становились более метилированными, в то время как другие области, которые были забиты метильными группами, постепенно теряли их. Кроме того, по крайней мере с точки зрения их эпигенетики, иммунные клетки собак, по-видимому, становятся более похожими друг на друга по мере старения. Маринер сказал, что эта «потеря клеточной идентичности» является ключевой гипотезой того, что происходит с телом по мере старения.

Иммунные клетки тщательно специализированы для разных ролей, таких как предотвращение рака или убийство вирусов. По мере того как эти клетки становятся более похожими друг на друга, они становятся менее способными выполнять свои специализированные роли, показывают исследования.

Компромисс между размером и долголетием

Люди разводили больших собак ради размера, и Снайдер-Маклер сказал, что это стремление к большому размеру тела могло иметь свою цену. «Их тела должны делать этот компромисс между действительно быстрым ростом и поддержанием этого», — сказал он, — «против инвестиций в иммунную систему и целостность организма».

Однако на данный момент эта идея является гипотезой, поскольку текущее исследование не рассматривает напрямую, почему эпигенетическое старение больших собак стало таким.

Теперь команда хочет построить более информативные часы, поскольку Dog Aging Project набирает больше собак для наблюдения в течение более длительных периодов. Снайдер-Маклер сказал, что данные команды в настоящее время объясняют только часть того, как варьируются эпигенетические возрасты собак. «Что мы действительно хотим знать, так это что объясняет остальную часть этой вариации?» — сказал он.

Команда была заинтересована в построении прогностических моделей, которые могли бы помочь владельцам собак предвидеть возрастные проблемы со здоровьем их питомцев, добавил Снайдер-Маклер.

То, что мы узнаём о собаках из этих исследований, может помочь нам понять и старение человека. Это частично потому, что собаки болеют некоторыми из тех же болезней, что и мы, но главным образом потому, что они разделяют с людьми жизненное пространство и окружающую среду.

«Мы собираемся начать смотреть на молекулярном уровне, как эти экологические воздействия или опыт влияют на здоровье и старение собак, что будет напрямую переносимо на людей, живущих в тех же самых средах», — сказал Снайдер-Маклер. «Большинство людей любят собак», — добавил он. «Это означает, что мы можем получить много действительно хороших данных о них».

Что это значит для владельцев собак?

Для владельцев больших пород это исследование — напоминание о том, что их питомцы могут стареть быстрее, чем маленькие собаки. Это означает необходимость более внимательного отношения к здоровью: регулярные ветеринарные осмотры, сбалансированное питание, физическая активность и мониторинг возрастных изменений.

Для учёных это открытие — шаг к пониманию фундаментальных механизмов старения. Эпигенетические часы могут стать инструментом для оценки эффективности антивозрастных вмешательств, как у собак, так и у людей.

Одно ясно: большие собаки платят за свой размер сокращённой продолжительностью жизни. И понимание почему — это ключ к пониманию старения в целом.

Источники: Science, Live Science, Dog Aging Project, Университет штата Аризона, Вашингтонский университет, Блез Маринер, Ноа Снайдер-Маклер.