Vezérelhető-e az öregedés molekuláris mechanizmusa?
A kor előrehaladtával testünkben különböző változások zajlanak. A kisgyermekeknek például kihullik a tejfoguk és tartós fogak nőnek helyettük, a kamaszoknál beindulnak a nemi érés folyamatai, majd később megáll a növekedés, a bőr ráncosodni kezd és a regeneráló folyamatok is lelassulnak. Az utóbbi évtizedek kutatásai során kiderült, hogy ez nem csupán a szervezet elhasználódása, “kopása”. A változásokat jelentős mértékben meghatározza a sejtjeinkben lévő molekuláris program, melynek központi eleme a DNS-lánc. A DNS-láncban van kódolva mindaz, ami az egyes átalakulásokhoz, biológiai folyamatok elindításához és végrehajtásához szükséges. Ahogy telnek az évek, a DNS különböző részein tárolt "program kódok" válnak aktívvá vagy kapcsolódnak ki. Ezekben a ki/be kapcsolási folyamatokban jelenlegi tudásunk szerint fontos irányító szerepet játszanak az úgynevezett metilációs jelek. Ha a DNS-lánc egyes részei metilálódnak, akkor az adott DNS-szakasz által kódolt gének aktivitása megváltozik, és így beindulnak vagy leállnak egyes biológiai folyamatok.
Az új műszereknek köszönhetően a DNS lánc egyes pozíciónak metilációs állapota egyre részletesebben mérhető, és számos kutatócsoport már több száz minta több százezer pozícióján végzett ilyen méréseket. Ezeknek a méréseknek az eredményei adatbázisokban vannak tárolva, és világon bármely kutató szabadon elemezheti. A vizsgálatok nagyon erős összefüggést találtak az életkor és a metilációs mintázat között; a metilációs mintázatból pár év pontossággal meghatározható az életkor. Ez az összefüggés sokkal erősebb, mint bármilyen más jellemző, például a szélesebb körben ismert telomer esetében. A szoros összefüggés persze nem jelent feltétlen adott irányú okozati kapcsolatot. Például a fejünkön lévő ősz hajszálak aránya erősen korrelál az életkorral, de minden bizonnyal az öregedés eredménye az őszülés, nem pedig fordítva. Mivel viszont a metilációról számos esetben bebizonyosodott, hogy úgy nevezett “epigenetikai” vezérlő funkciója van, az ELTE és a Semmelweis Egyetem kutatóiban felmerült az az ötlet, hogy
a metilációs “DNS-kapcsolók” állapotának optimális átbillentésével befolyásolható lenne az öregedés folyamata.
Vagyis, ha feltételezzük, hogy valóban a DNS metiláció egy fontos vezérlő mechanizmusa az egyedfejlődés és öregedés folyamatának, akkor feltehető a kérdés, hogy mi módon lehetne optimálisan és realisztikusan átkapcsolni a metilációs mintázatot. Miért ne lehetne úgy állítani őket, hogy ne az öregedés irányába ható folyamatokat, hanem a fiatal kori folyamatokat aktiválják?
A kutatók ennek a kérdésnek a vizsgálatára végeztek egy hipotetikus elemzést, de mint minden elméleti eredményt, természetesen ezt is majd kísérletekkel kell alátámasztani vagy cáfolni.
A DNS-lánc nem egy egyszerű kapcsolótábla, ahol az egyes pozíciók egymástól függetlenül kapcsolhatók. A folyamatok egy komplex összecsatolt hálózatot alkotnak, ha az egyik átbillen, akkor egy másik is átkapcsolódhat. Az egymással együtt átváltó kapcsolók (DNS-lánc pozíciók) hálózatát vizsgálva a kutatóknak sikerült megmutatni, hogy ez a hálózat erősen hierarchikus. Azaz, van egy kis számú kulcspozíció a láncban, elegendő csupán ezeket átbillenteni ahhoz, hogy az egész szabályozó rendszer egy előre kiválasztott irányba mozduljon el. A kulcspozíciók átkapcsolása ugyanis más kapcsolók sokaságának az állapot-változását vonja maga után. A kutatóknak sikerült azt megmutatni (a genetikai pozíciók egy optimálisan kiválasztott részére), hogy
ki lehet választani olyan pozíciókat, amik révén egy fiatalabb kornak megfelelő stabil állapot irányába lehet módosítani a hálózatot.
Ez azért is fontos eredmény, mert a biológiai rendszerek meglehetősen érzékenyek. Azaz ha túl sok elemét szeretnénk kívülről megváltoztatni, akkor könnyen kerülhet instabil állapotba, vagy könnyen elindulhat egy káros, nemkívánt folyamat. Tipikus, analóg példa a gyógyszerek mellékhatásai, ahol maga a gyógyszer egy pozitív hatást kíván elérni, de a mechanizmusok láncolatai elindítanak ártalmas változásokat is. A kutatók eredménye éppen arra mutat rá, hogy a DNS-lánc egy irányítható rendszer, és legalább az elvi esélye megvan annak, hogy a testünkben zajló biológiai folyamatokat néhány évvel fiatalabbnak megfelelő állapot irányába lehessen kapcsolni.
Az első eredmények szerint a DNS-lánc átkapcsolható úgy, hogy 5-6 évvel fiatalabb biológiai kornak megfelelő állapotba kerülhessen a metilációs mintázat szerint.
A kutatások további eredménye, hogy a DNS-lánc egymással összefüggő részeiben a biológiai kornak megfelelő pozíciók összehangoltan kapcsolhatók. Azaz egy alkalmasan kiválasztott módosítás olyan változási sorozatot indít meg, aminek az összhatása nagyobb, mint bármely más, egyedi pozíció önmagában vett változtatási képessége.
Az elemzés a rangos PLOS Computational Biology szaklapban jelent meg.