Пубертат назвали точкою початку накопичення мутацій у статевих клітинах

Американські вчені підрахували кількість мутацій у статевих клітинах у 61 пари батьків, ґрунтуючись на геномі їхніх дітей. Вони з'ясували, що кількість цих мутацій корелює з тривалістю життя батьків, їх плодовитістю і ризиком розвитку хвороб. Крім того, дослідники визначили вік, в якому імовірно мутації в статевих клітинах починають з'являтися - це виявився вік статевого дозрівання. Роботу опубліковано в журналі.

Накопичення мутацій у клітинах тіла - одна з найвідоміших ознак старіння, а теорія, яка вважає його причиною зношування організму, - одна з найдавніших. Більш того, відомо, що багато хвороб прискореного старіння (наприклад, синдром Вернера) пов'язані з дефектами системи репарації ДНК і, отже, супроводжуються зростанням кількості мутацій. Однак досі сама по собі кількість мутацій в ДНК різних клітин не застосовують як маркер біологічного віку, тобто відносний показник старості людини.

Можливо, справа в тому, що мутації накопичуються в різних клітинах з різною швидкістю - наприклад, у нервовій тканині істотна частина виникає ще до народження, коли клітини діляться активніше, ніж у дорослому житті. Або ж у тому, що кількість мутацій довго і дорого вимірювати. До того ж, далеко не всі патогенні, що виникають мутації, або прискорюють старіння - більшість з них нейтральні і не позначаються ні на будові, ні на роботі клітинних білків.

Річард Коутон (Richard Cawthon) з Університету Юти разом з колегами запропонували новий підхід до проблеми - оцінити біологічний вік за кількістю мутацій у статевих клітинах. Але оскільки зробити це безпосередньо досить складно, особливо якщо мова йде про жінок, то дослідники скористалися непрямим методом - підраховували кількість мутацій, які успадкували їхні діти.

Для цього вони звернулися до даних Центру вивчення людських поліморфізмів в Юті, звідки відібрали 61 трійку з двох батьків і дитини. ДНК клітин крові всіх випробовуваних відправили на повногеномне секвенування, а потім підрахували кількість нових мутацій у зародковій лінії, тобто тих, які успадкувала дитина. Виявилося, що таких мутацій тим більше, чим старші були батьки в момент його народження, причому у батьків на порядок більше, ніж у матерів (що, в цілому, не дивно, оскільки яйцеклітини, на відміну від сперматозоїдів, з віком коплять швидше хромосомні перебудови, ніж точкові мутації).

Потім дослідники перевірили, чи пов'язана ця кількість мутацій з ризиком померти раніше. Виявилося, що підвищена кількість мутацій дійсно корелює з ранньою смертністю від усіх причин (p = 0,015) і зі смертністю від хвороб, не пов'язаних із серцево-судинною системою (p = 0,007). Правда, коли всіх батьків розбили на групи по підлозі, то виявилося, що кореляція з ранньою смертністю вірна тільки для чоловіків, а зі смертністю від хвороб - тільки для жінок. Сумарно приналежність до 25 відсотків людей з мінімальною кількістю мутацій принесла батькам виграш у 4,7 року життя порівняно з 75 відсотками з максимальним числом мутацій.

Крім того, число мутацій послужило і показником гноблення фізіологічних функцій: автори роботи виявили, що жінки з більшою кількістю мутації принесли менше потомства, ніж ті, у кого мутацій було найменше (p = 0,018), і раніше перестали народжувати (p = 0,036).

Після цього дослідники задалися питанням: в якому віці починається накопичення цих мутацій? З якого періоду можна починати вимірювати темпи старіння? Якщо продовжити графік залежності кількості мутацій від віку до його перетину з віссю Х, то виявиться, що нульову кількість мутацій батьки мали ще до того, як були зачаті самі. Оскільки це біологічно неможливо, вчені припустили, що кількість мутацій у зародковій лінії не зростає безперервно і що вони починають накопичуватися з якогось моменту життя - наприклад, з моменту початку статевого дозрівання.

І дійсно, коли автори роботи «перевернули» графік і відклали вік батьків по осі Y, а число мутацій - навпаки, по осі Х, то виявилося, що їх дані можна пояснити, якщо припустити, що жінки починають копити мутації з 18,4, а чоловіки - з 13,9 року. Але якщо це так, то пізній пубертат повинен супроводжуватися накопиченням меншого числа мутацій. І дослідники підрахували, що жінки з меншим числом мутацій в середньому вступають в пубертат (якщо вимірювати за віком першої менструації) пізніше, ніж ті, у кого мутацій більше.

Таким чином, автори роботи зробили кілька важливих висновків. З одного боку, вони представили ще один аргумент на користь мутаційної теорії старіння: кількість мутацій у статевих клітинах корелює з тривалістю життя. А оскільки воно пов'язане з ризиком смерті від усіх причин, то можна припустити, що воно відображає і число мутацій в інших клітинах організму. З іншого боку, вони зміцнили позиції ще однієї, еволюційної теорії старіння, згідно з якою сила природного відбору поступово знижується після досягнення репродуктивного періоду. Нарешті, вони запропонували перший спосіб передбачати тривалість життя у підлітків і молодих людей; інші ж маркери біологічного віку, які пов'язують з тривалістю життя, вступають в гру набагато пізніше.

Від редактора

Дані нового дослідження не цілком узгоджуються з іншими моделями старіння. Наприклад, ми недавно розповідали про те, як ознаки старіння виявили ще у людських ембріонів. У цій роботі крива накопичення мутацій бере свій початок з перших місяців зародкового розвитку і ніде не виходить на плато, а знижений ризик померти перед початком статевого дозрівання автори статті пояснюють іншими факторами. Тож в історії з накопиченням мутацій залишається ще чимало білих плям. Можливо, дві ці моделі вдасться примирити за допомогою експерименту з більшою вибіркою - важливо відзначити, що в новій роботі вчені аналізували геноми всього 61 сім'ї.

Ми нещодавно вже писали про те, як коротке життя пов'язали з раннім пубертатом - і ще з темним кольором волосся. А про те, чому і куди зсувається вік початку статевого дозрівання у людей, читайте в нашому матеріалі «Куди йде дитинство».