Naujame USC Leonardo Daviso mokyklos vadovaujamame tyrime pabrėžiama, kaip transpozonai – paprastai vadinami „šokinėjančiais genais“ dėl jų gebėjimo judėti į skirtingas genomo dalis – yra susiję su su amžiumi susijusiomis ligomis ir nuosmukiu, taip pat kaip papildomi genai, valdantys transpozoną. išraiška vieną dieną gali būti terapiniais senėjimo tikslais.
Tyrimas „EQTL pagrįstas metodas atskleidžia kandidatus į LINE-1 RNR lygių reguliatorius limfoblastoidinėse ląstelėse“ buvo paskelbtas. PLOS genetika 2024 metų birželio 7 dieną.
Transpozonai sudaro maždaug 45% žmogaus DNR, o jaunesnėse sveikose ląstelėse jų aktyvumas daugiausia slopinamas. Tačiau su amžiumi šie genai išreiškiami vis labiau ir tampa mobilesni, o tai susiję su įvairiais su amžiumi susijusiais funkcijų sumažėjimais, sakė tyrimo autorė Bérénice Benayoun.
„Kyla klausimas: ar padidėjęs transpozonų aktyvumas yra tik senėjimo šalutinis produktas, ar tai iš tikrųjų gali paskatinti senėjimo aspektus?“ – sakė ji.
Esami duomenys pateikia naujų netikėtumų
Benayounas, gerontologijos, biologijos mokslų, biochemijos ir molekulinės medicinos docentas, teigė, kad COVID-19 pandemija buvo tyrimo įkvėpimo dalis.
Nors dėl uždarymo laiko laboratorijoje buvo sunkiau, Benayoun ir jos komanda ieškojo esamų žmogaus genomo duomenų (kurie genai yra DNR) ir transkripto duomenų (kurie genai yra aktyvūs ir transkribuojami į RNR). gaminantys baltymus), kuriuos būtų galima tirti nuotoliniu būdu naudojant kompiuterinę analizę.
Grupė sutelkė dėmesį į ilgai įsiterpusį elementą 1 (LINE-1), transpozonų šeimą, kuri kartu sudaro apie 17% žmogaus genomo. Ankstesni tyrimai parodė, kad, kaip ir kiti transpozonai, LINE-1 taip pat labiau pasireiškia su amžiumi ir su senėjimu susijusiomis ligomis.
Juanas Bravo, Benayoun laboratorijos doktorantas ir pirmasis tyrimo autorius, sukūrė analizę, naudodamas DNR ir RNR sekos duomenis iš žmogaus limfoblastų, imuninės ląstelės tipo. Jo sukurta ekspresijos kiekybinių požymių lokusų (eQTL) analizė tiksliai nustatė keletą genų, kurie turi įtakos LINE-1 ekspresijai.
„Transposonai istoriškai buvo ignoruojami dėl kelių priežasčių, iš kurių viena yra papildomas ir techninis transpozonų RNR lygio kiekybinio nustatymo sudėtingumas“, – sakė Bravo.
„Nepaisant to, į mūsų analizę įtraukėme ir baltymus koduojančius genus, ir transpozonus, mes galėjome pridėti sluoksnį į savo analizę, kuriame galėtume nustatyti baltymus koduojančius genus, kurių lygiai svyravo su transpozonų lygiais ir galbūt reguliuojami.”
Jis sakė, kad be transpozonų reguliavimo aspekto tyrimo, šis metodas taip pat leido ištirti galimą su amžiumi susijusį poveikį, kurį gali turėti transpozonų disreguliacija.
„Padedant bendradarbiams, mes galėjome nustatyti, ar su transpozonu susijusi genomo variacija anksčiau buvo susijusi su kitų tyrėjų su senėjimu susijusiomis ligomis“, – sakė Bravo. „Ir tikrai taip buvo.”
Dirbdama su Kolumbijos universiteto bendradarbiais, komanda kryžmines nuorodas į įtartinus genus atliko su daugiau nei 400 asmenų transkriptominiais ir genominiais duomenimis. Rezultatai parodo aiškų ryšį tarp padidėjusios LINE-1 ekspresijos, įtariamų jos reguliuojančių genų ekspresijos ir pagreitėjusio senėjimo požymių.
„Šis tyrimas nustato naują transpozonų tyrimo sistemą ir papildo įrodymų, rodančių, kad perkeliamų elementų aktyvinimas prisideda prie senėjimo, rinkinį“, – sakė Benayoun.
Ji pridūrė, kad šis tyrimas taip pat iš dalies buvo naujas, nes dėmesys sutelkiamas į transpozono aktyvumą ir reguliavimą somatinėse (kūno) ląstelėse, palyginti su reprodukcinėmis ląstelėmis ar vėžio ląstelėmis.
„Dauguma visko, ką žinome apie transpozonų reguliavimą, yra iš gemalo linijų arba vėžio ląstelių; nieko daug nebuvo padaryta, kad būtų galima pažvelgti į transpozono reguliavimą normaliose somatinėse ląstelėse“, – sakė ji.
Patvirtinimas laboratorijoje nurodo galimus senėjimo tikslus
Siekdami paremti savo išvadas, Benayoun ir jos komanda dirbo su žmogaus ląstelėmis in vitro, kad sužinotų, kaip per didelė įtariamų reguliuojančių genų ekspresija paveikė LINE-1 aktyvumą. Inžinerinės ląstelės, kurios per daug ekspresuoja du genus, IL16 ir STARD5, žymiai padidino bendrą LINE-1 ekspresiją. Be to, normalių ląstelių gydymas trumpalaikiu IL16 baltymo poveikiu taip pat sukėlė didesnę LINE-1 ekspresiją.
„Tai yra nauji patvirtinti perkeliamų elementų veiklos reguliatoriai ir galimi senėjimo tikslai“, – sakė Benayoun.
Šokinėjimo genų reguliavimas yra naujas abiejų šių genų darbo aprašymas, tačiau jų galimi ryšiai su senėjimu yra prasmingi, sakė Bravo. STARD5 yra susijęs su cholesterolio judėjimu ląstelėse ir yra reguliuojamas reaguojant į stresą endoplazminiame tinkle (ER) – organelėje, dalyvaujančioje baltymų sintezėje ir lipidų metabolizme.
„Senėjimą dažnai lydi pokyčiai, galintys paskatinti ER stresą. Atsižvelgiant į jo vaidmenį, gali būti, kad STARD5 dalyvauja su amžiumi susijusiuose pakitimuose”, – sakė Bravo. „Įdomu, kad pastebėjome, kad STARD5 reguliavimas padidino IL16 reguliavimą, o tai rodo, kad aktyvuojant transpozonus gali būti sinergija tarp šių dviejų.”
IL16 daugiausia žinomas dėl savo vaidmens reguliuojant imuninį atsaką į infekciją, nors jie nustatė, kad jo kiekis kraujyje didėja su amžiumi. Ryšys tarp šokinėjančių genų aktyvumo ir imuninių atsakų nėra tolimas – evoliuciniai biologijos tyrimai parodė, kad transpozonai yra senovinių virusų, apsigyvenusių ląstelėse, palikuonys, aiškino Benayounas.
Be to, lėtinis žemo laipsnio uždegimas yra vienas iš biologinio senėjimo požymių, kuris gali būti susietas su imuniniu atsaku į transpozono ekspresiją.
Be to, ankstesni tyrimai parodė galimą kitų šioje analizėje pabrėžtų genų – geno HLA variacijos – vaidmenį senėjimo ligomis; Tačiau dabartiniai techniniai apribojimai neleido atlikti eksperimentinio patvirtinimo kartu su STARD5 ir IL16, paaiškino Benayoun. Bet kokiu atveju šis tyrimas taip pat yra principo įrodymas, kad tokio tipo analizė yra galinga nauja senėjimo tyrimų technika, pridūrė ji.
„Mes galėjome rasti naujų įdomių rezultatų naudodami 15 metų senumo duomenų rinkinį”, – sakė Benayoun.
„Šis metodas gali būti naudojamas didesnėms duomenų grupėms, o tai atveria galimybę rasti daugiau šių reguliatorių. Iš ten mes galime nustatyti veiksmingus terapinius senėjimo ir su amžiumi susijusių ligų tikslus.”