Vědci objevili v našem mozku podivnou DNA, která nám může zkracovat život
Mitochondrie v mozkových buňkách často vkládají svou DNA do jádra, což může mít vliv na délku života, neboť bylo zjištěno, že buňky s větším počtem vložených DNA umírají dříve. Zdá se, že stres tento proces urychluje, což naznačuje nový způsob, jakým mitochondrie ovlivňují zdraví nad rámec produkce energie. Podle výzkumu by tyto inzerce mitochondriální DNA mohly souviset s předčasnou smrtí.
Jako přímí potomci dávných bakterií nám byly mitochondrie vždy trochu cizí. Nyní se ukazuje, že mitochondrie jsou možná ještě podivnější, než jsme si mysleli. Studie zjistila, že mitochondrie v našich mozkových buňkách často vrhají svou DNA do jádra, kde se DNA začlení do chromozomů buněk, a tyto inzerce mohou způsobovat výrazné škody. Výzkumu se zúčastnilo 1 200 účastníků. Ti, kteří měli v mozkových buňkách více mitochondriální DNA, měli větší pravděpodobnost, že zemřou dříve, než ti, kteří měli těchto inzertů méně. píše postál SciTechDaily
„Dříve jsme si mysleli, že přenos DNA z mitochondrií do lidského genomu je vzácný jev,“ říká Martin Picard, mitochondriální psychobiolog a docent behaviorální medicíny na Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons a v Columbia Aging Center Roberta N. Butlera. Picard vedl studii společně s Ryanem Millsem z Michiganské univerzity. „Je ohromující, že se zdá, že k tomu dochází několikrát během života člověka,“ dodává Picard. „Našli jsme spoustu těchto inzertů v různých oblastech mozku, ale ne v krevních buňkách, což vysvětluje, proč desítky dřívějších studií analyzujících krevní DNA tento jev přehlédly.“
Mitochondriální DNA se chová jako virus
Mitochondrie žijí uvnitř všech našich buněk, ale na rozdíl od jiných organel mají mitochondrie vlastní DNA, malé kruhové vlákno s asi třemi desítkami genů. Mitochondriální DNA je pozůstatkem po předchůdcích této organely: dávných bakteriích, které se usídlily v našich jednobuněčných předcích asi před 1,5 miliardou let. V posledních několika desetiletích vědci zjistili, že mitochondriální DNA občas „přeskočila“ z organely do lidských chromozomů.
„Mitochondriální DNA se chová podobně jako virus, protože využívá zářezů v genomu a vkládá se do něj, nebo jako skákající geny známé jako retrotranspozony, které se pohybují po lidském genomu,“ říká Mills. Tyto vsuvky se nazývají jaderně-mitochondriální segmenty – NUMT („vyslovované novotvary“) – a v našich chromozomech se hromadí už miliony let. „Výsledkem je, že všichni chodíme se stovkami zbytkových, většinou neškodných mitochondriálních segmentů DNA v našich chromozomech, které jsme zdědili po našich předcích,“ říká Mills.
Vložky mitochondriální DNA jsou v lidském mozku běžné
Výzkumy prováděné jen v posledních několika letech ukázaly, že k „NUMTogenezi“ dochází i dnes.
„Přeskakování mitochondriální DNA není něco, co by se dělo jen v dávné minulosti,“ říká Kalpita Karan, postdoktorandka v Picardově laboratoři, která výzkum prováděla spolu s Weichen Zhou, výzkumným pracovníkem Millsovy laboratoře. „Je to vzácné, ale nový NUMT se do lidského genomu integruje přibližně jednou za 4 000 porodů. Je to jeden z mnoha způsobů, konzervovaných od kvasinek po člověka, kterým mitochondrie komunikují s jadernými geny.“
Zjištění, že nové dědičné NUMT stále vznikají, přimělo Picarda a Millse k zamyšlení, zda by NUMT mohly vznikat také v mozkových buňkách během našeho života.
„Dědičné NUMT jsou většinou benigní, pravděpodobně proto, že vznikají v rané fázi vývoje a ty škodlivé jsou vyřazeny.“ říká Zhou. Pokud se však kus mitochondriální DNA vloží do genu nebo regulační oblasti, může to mít důležité důsledky pro zdraví nebo délku života daného člověka. Neurony mohou být obzvláště náchylné k poškození způsobenému NUMT, protože když je neuron poškozen, mozek obvykle nevytvoří novou mozkovou buňku, která by zaujala jeho místo.
Při zkoumání rozsahu a dopadu nových NUMT v mozku tým spolupracoval s Hansem Kleinem, docentem v Centru pro translační a výpočetní neuroimunologii na Kolumbijské univerzitě, který měl přístup k sekvencím DNA účastníků studie ROSMAP o stárnutí (vedené Davidem Bennettem na Rush University). Vědci hledali NUMT v různých oblastech mozku pomocí bankovních vzorků tkáně od více než 1 000 starších dospělých. Jejich analýza ukázala, že k vkládání jaderné mitochondriální DNA dochází v lidském mozku – většinou v prefrontální kůře – a pravděpodobně několikrát během života člověka. Zjistili také, že lidé s větším počtem NUMT v prefrontální kůře umírali dříve než jedinci s menším počtem NUMT.
„To poprvé naznačuje, že NUMT mohou mít funkční důsledky a případně ovlivňovat délku života,“ říká Picard. „Hromadění NUMT lze přidat na seznam mechanismů nestability genomu, které mohou přispívat ke stárnutí, funkčnímu úpadku a délce života.“ dodává.
Stres urychluje NUMTogenezi
Co způsobuje vznik NUMT v mozku a proč se v některých oblastech hromadí více než v jiných? Aby získali určité vodítko, zkoumali vědci populaci lidských kožních buněk, které lze kultivovat a stárnout v misce po dobu několika měsíců, což umožňuje výjimečné longitudinální studie „délky života“. Tyto kultivované buňky postupně nahromadily několik NUMT za měsíc, a když byly mitochondrie buněk dysfunkční v důsledku stresu, nahromadily buňky NUMT čtyřikrát až pětkrát rychleji.
„To ukazuje nový způsob, jakým může stres ovlivnit biologii našich buněk.“ říká Karan. „Stres zvyšuje pravděpodobnost, že mitochondrie uvolní kousky své DNA a tyto kousky pak mohou ‚infikovat‘ jaderný genom.“ dodává Zhou. Je to jen jeden ze způsobů, jak mitochondrie utvářejí naše zdraví nad rámec produkce energie. „Mitochondrie jsou buněčné procesory a mocná signalizační platforma,“ říká Picard. „Věděli jsme, že mohou řídit, které geny se zapnou nebo vypnou. Nyní víme, že mitochondrie mohou dokonce měnit samotnou sekvenci jaderné DNA.“
Zdroj: SciTechDaily