Добровольная пробежка спасла мышей от лишних мутаций в митохондриальной ДНК

Мыши-мутаторы обычно накапливают гораздо больше мутаций в митохондриальной ДНК, чем мыши дикого типа, но оказалось, что им может помочь бег в колесе. Такие мыши выглядели здоровее своих неподвижных сородичей и лучше проходили тесты на выносливость. Мутаций в их митохондриях возникло меньше, однако жизнь это им не спасло — вероятно, из-за нехватки стволовых клеток. Работа опубликована в журнале Aging Cell.

Мутации в митохондриях часто называют одной из главных причин старения. В них постоянно образуются активные формы кислорода, которые повреждают митохондриальную ДНК. Чем больше мутаций, тем хуже работает митохондрия, тем меньше энергии получает клетка и тем быстрее она стареет или умирает. 

Для изучения митохондриальных мутаций ученые используют мышей-мутаторов. У таких мышей есть мутация в гене, кодирующем полимеразу — белок, который копирует митохондриальную ДНК и проверяет ее на ошибки. Дефектная полимераза то и дело пропускает ошибки на ДНК, таким образом в митохондриях мышей-мутаторов копится гораздо больше мутаций, чем у обычных животных, поэтому они быстро стареют и недолго живут.

Джейме Росс (Jaime Ross) и его коллеги из Швеции и США изучали влияние физической нагрузки на состояние мышей-мутаторов. Известно, что в небольших количествах упражнения действуют на клетки как легкий стресс и стимулируют их производить больше антиоксидантов — веществ, которые нейтрализуют активные формы кислорода. Следовательно, после упражнений мутации в митохондриальной ДНК должны возникать реже, невзирая на дефектную систему их починки.

Ученые работали с четырьмя группами десятимесячных мышей: обычными и мутаторами, с «сидячим» и «спортивным» образом жизни. Последним в клетки поставили колесо для бега, но, чтобы не вызвать избыточный стресс, позволили животным сами выбрать себе режим занятий, то есть бегать тогда, когда захочется. В итоге за 30 недель эксперимента обычные мыши пробежали в среднем 1302 километра в колесе, а мутаторы, которые в среднем не отличаются хорошим здоровьем, — около 570.

Внешние признаки старения исследователи оценивали по собственной шкале от 0 до 12 баллов (чем меньше, тем моложе). В 35 недель обычные мыши выглядели на 2 балла максимум, а «сидячие» мыши-мутаторы — на 9-10. Физически активные мутаторы при этом выглядели всего на 4 балла, и в этом смысле упражнения действительно их омолодили. Тесты на выносливость «спортивные» мыши прошли лучше, чем те, кто вел малоподвижный образ жизни, хотя здесь «спортивные» мутаторы выступили гораздо хуже, чем обычные тренированные мыши.

Затем ученые подсчитали количество мутаций в митохондриальной ДНК в клетках икроножной мышцы. К 30 неделям «спортивные» мутаторы накопили почти в два раза меньше мутаций, чем малоподвижные мутаторы. Исследователи сравнили белковый состав в мышечных клетках и нейронах головного мозга у разных групп мышей и обнаружили, что у «сидячих» мутаторов по сравнению с обычными неспортивными мышами изменены количества примерно 500 белков, связанных с работой митохондрий. Но спортивные упражнения, судя по всему, позволяют нейтрализовать этот эффект: у спортивных мутаторов и обычных мышей различий в белковом составе нашлось на несколько сотен белков меньше.

Таким образом, ученые продемонстрировали, что даже в том случае, когда исправить мутации организм не в состоянии, физические упражнения помогают их не накапливать. Правда, жизнь мутаторам продлить не удалось — все они умерли в районе 40 недель, что довольно мало даже для мышей. Исследователи полагают, что для долгой жизни им не хватило стволовых клеток: поскольку упражнения начались не с первых дней, часть популяции стволовых клеток могла успеть накопить мутации или погибнуть. Впрочем, авторы работы не исключают и того, что стресс в виде добровольной тренировки мог оказаться недостаточно сильным: возможно, мышей нужно было все-таки заставлять бегать больше. 

Есть и другой подход к продлению жизни: не сохранять митохондрии, а удалять их полностью. В одном эксперименте клетки прожили месяц без митохондрий и потеряли признаки старости.

Полина Лосева