Почему мыши живут так недолго?

Почему мыши мало живут? Мыши и крысы действительно доживают всего до года, двух, максимум трёх лет. И на этом фоне особенно выделяются голые землекопы — те же грызуны, схожие по размерам с крысами, но знаменитые своим долголетием: они умеют жить до 30 лет. Причём старение у них проходит почти без видимых проблем со здоровьем — внешний вид не меняется, репродуктивная способность сохраняется, и в целом животные ведут себя так же, как в молодости.

Долгое время учёные пытаются понять, в чём заключается секрет голых землекопов. Ранее отмечали, что у них клетки подавляют активность отдельных собственных генов и что система репарации ДНК работает исключительно эффективно — оба эти фактора, очевидно, вносят вклад в их долголетие. В недавно опубликованной в PNAS статье исследователи из Института физико-химической биологии совместно с коллегами из Лейбницевского института зоологии и дикой природы описывают ещё один механизм, который, по-видимому, замедляет старение: он хорошо действует у землекопов, но слабо — у мышей.

Одной из главных причин старения называют активные формы кислорода — агрессивные молекулы-окислители, разрушающие белки, липиды и нуклеиновые кислоты. Эти формы кислорода возникают как побочный продукт обычных биохимических реакций в митохондриях — органеллах клетки, добывающих энергию. Митохондрии устроены как «ёмкости» с внешней и внутренней мембранами. Смысл происходящих в них процессов в том, чтобы поэтапно разорвать химические связи в «пищевой» молекуле, получить энергию этих связей и перенести её в форму АТФ — аденозинтрифосфата. АТФ служит универсальным энергоносителем, который клетка может расходовать повсюду и в любое время.

Кислород участвует в разрыве связей опосредованно, через цепочку ферментативных реакций: электроны, освободившиеся при распаде «пищевой» молекулы, передаются через специальные переносчики белкам внутренней мембраны митохондрий. Эти белки последовательно перебрасывают электроны, в конце концов отдавая их кислороду. Во время пути электрона протоны перегруппировываются по разным сторонам внутренней мембраны, образуя градиент H+. Этот протонный градиент затем использует АТФ-синтаза: протоны, словно поток воды, приводят во вращение «турбину» фермента и таким образом синтезируется АТФ.

Выработка энергии зависит от электрического потенциала внутренней мембраны митохондрий: чем сильнее мембрана поляризована, тем больше образуется АТФ, но одновременно растёт и количество побочных продуктов — активных форм кислорода. Если же слегка снизить поляризацию мембраны, интенсивность энергетических процессов падает, зато выработка агрессивных окислителей уменьшается.

Деполяризацию мембраны обеспечивают два фермента — гексокиназа и креатинкиназа. Оба действуют в межмембранном пространстве митохондрий, присоединяя остатки фосфорной кислоты к шестичленным сахарам (гексозам) и креатину соответственно. Эти реакции важны сами по себе, но ключевой момент в том, что в них в качестве донора фосфорных групп используется АТФ. Отрывая одну фосфорную группу, ферменты превращают АТФ в АДФ — аденозиндифосфат. Это АДФ затем транспортируется через внутреннюю мембрану вглубь митохондрии, и при его переносе мембрана частично деполяризуется.

Авторы работы сравнили, как именно работает этот деполяризующий механизм в разных тканях и у разных видов. Выяснилось, что у мышей в скелетных мышцах, диафрагме, сердце, мозге и селезёнке уже к году после рождения эффект деполяризации заметно ослабевает, а к двум годам он практически исчезает. В почках и лёгких спад выражен в меньшей степени. У голых землекопов и у очковых листоносов (летучих мышей, которые по сравнению с другими видами летучих мышей тоже отличаются долгожительством — до 10 лет) деполяризация внутренней мембраны сохраняется в течение всего жизни. Очевидно, именно постоянная работа этого механизма помогает землекопам и очковым листоносам доживать до преклонного возраста.

Теперь остаётся понять, можно ли научиться регулировать этот механизм в наших митохондриях, чтобы по относительной продолжительности жизни мы могли приблизиться к голым землекопам и очковым листоносам.