Биологи нашли гены долголетия тихоокеанских окуней

Филогенетическое дерево, отражающее родство между отсеквенированными видами тихоокеанских окуней

Kolora et al/ Science, 2021

Биологи из Калифорнийского университета в Беркли отсеквенировали геномы 88 видов тихоокеанских окуней и выявили гены, связанные с крайне высокой продолжительностью жизни у этих животных. Обнаруженные гены отвечают за поддержание структуры ДНК, регулируют клеточное деление и клеточную гибель, а также являются иммунными регуляторами. Статья опубликована в журнале Science.

Срок жизни позвоночных очень сильно варьируется: некоторые животные живут всего пять недель (карликовый бычок), а другие — 400 лет (гренландской акулы). Одним из животных-долгожителей является Алеутский морской окунь Sebastes aleutianus. Эта рыба, обитающая в Тихом океане, достигает одного метра в длину и может жить более 200 лет. Но её родственник малый морской окунь Sebastes viviparus живет всего 11 лет. Таким образом, даже близкородственные виды могут сильно отличаться по продолжительности жизни, указывая на то, что «секрет долголетия» может заключаться в единичных генах.

Чтобы изучить причины крайне долгой жизни некоторых морских окуней, биологи из Калифорнийского университета в Беркли под руководством Питера Садманта (Peter Sudmant) отсеквенировали геномы 88 видов окуней, обитающих в Тихом океане. При этом 79 видов относились к роду Sebastes, а оставшиеся 9 принадлежали близкородственной группе. Степень родства между отсеквенированными видами биологи установили с помощью филогенетического дерева (такие деревья отражают эволюционные взаимосвязи между нуклеотидными последовательностями). Виды-долгожители были «разбросаны» по дереву, а не собраны в одну группу, что говорит о том, что долголетие возникало в процессе эволюции несколько раз.

Если ген позволяет своему обладателю лучше приспособиться к условиям окружающей среды, то он закрепляется в популяции и передается следующим поколениям — в таком случае говорят, что ген подвергается положительному отбору. Чтобы установить, какие гены отвечают за высокую продолжительность жизни, биологи вычислили корреляцию между генами, подвергшимися положительному отбору, и продолжительностью жизни. Всего ученые обнаружили 91 такой ген, многие из них участвуют в клеточном росте и делении, а также контролируют апоптоз — контролируемую клеточную гибель. Кроме того, среди этих генов были участники сигнального пути, который активируется в ответ на добавление глюкозы или инсулина.

Авторы отмечают, что 16 из 91 гена отвечают за поддержание структуры ДНК, а также ее репликацию и репарацию. Некоторые из этих генов уже были найдены у других видов-долгожителей: например DCLRE1B, FEN1 и MCM6. Ген DCLRE1B, обнаруженный ранее в геноме гигантской черепахи — еще одного долгоживущего животного, отвечает за поддержание теломер — «колпачков» на концах ДНК, участвующих в ее делении. FEN1 участвует в репарации азотистых оснований ДНК, а белковый продукт гена MCM6 входит в состав хеликазы — фермента, раскручивающего спираль ДНК в процессе репликации, транскрипции и репарации.

Продолжительность жизни наземных позвоночных часто связана с размерами тела: чем больше животное, тем дольше оно живет. Такая зависимость наблюдается и для тихоокеанских окуней. Для того, чтобы исследовать, как обнаруженные гены влияют на размер тела, а заодно и на условия обитания, ученые построили линейную модель, в качестве переменных выбрав размер тела и глубину обитания (как наиболее удобный для оценки параметр среды обитания). Анализ показал, что 81 ген из 91 был напрямую или косвенно связан с размером тела или глубиной обитания.

Биологи также исследовали геномы окуней на наличие геномных перестроек: иногда в процессе эволюции гены могут умножаться или перемещаться. Ученые обнаружили положительную корреляцию между числом копий некоторых генов и продолжительностью жизни. Больше всего умножений генов было обнаружено на хромосоме 1 у Sebastes aleutianus: на ней находится 9 генов, число копий которых варьирует от 0 до 7. Среди этих девяти генов шесть являются членами семейства бутирофилинов — белков, которые ингибируют синтез цитокинов Т-лимфоцитами, тем самым оказывая противовоспалительное действие. Среди шести членов семейства бутирофилинов, найденных на хромосоме 1, был BTNL2, мутации в последовательности которого связаны с развитием саркоидоза. Всего на хромосоме 1 у Sebastes aleutianus было обнаружено 22 участка дупликации генов, кодирующих бутирофилины.

Ученые уже на протяжении долгого времени пытаются определить гены и факторы, влияющие на продолжительность жизни. Например, мы писали о том, как митохондриальный стресс продлевал жизнь нематодам, а пересадка микробиоты омолаживала мозг старых мышей.

Наталья Кондратенко

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.