Геномные маркеры для оценки продолжительности жизни видов животных

Старение живых организмов сопровождается изменением экспрессии многих генов. Поскольку важнейшим регулятором экспрессии генов служат эпигенетические модификации генома, неудивительно, что с возрастом меняется паттерн метилирования ДНК. Метильная группа присоединяется к нуклеотиду цитозину в составе цитозиново-гуаниновых динуклеотидов CpG. Метилирование участков, богатых CpG, рассматривают как «эпигенетические часы», по которым можно определить биологический возраст организма. К тому же консервативные CpG-участки часто входят в состав промоторов генов, их метилирование обычно снижает экспрессию. Также показана корреляция между плотностью CpG в промоторах и продолжительностью жизни млекопитающих. (Подробнее на PCR.news об исследованиях эпигенетических часов у молодых и пожилых людей.)

Ученые из Университета Западной Австралии и нескольких других австралийских исследовательских организаций разработали модель для предсказания максимальной продолжительности жизни разных видов позвоночных на основе CpG-сайтов. Хотя максимальная продолжительность жизни организма находится под контролем генов, не существует генетических вариантов, которые бы объясняли ее огромные межвидовые различия (среди позвоночных — рыбка Eviota sigillata живет всего восемь недель, а гренландская полярная акула может прожить более 400 лет). Исследователи предположили, что поскольку старение сопровождается изменениями в экспрессии генов, ключ стоит поискать в эпигенетических модификациях генома.

Ученые работали с теми видами позвоночных, для которых имеется референсный геном в базе NCBI и зарегистрирована максимальная продолжительность жизни в базе AnAge, а также определено время отделения вида на эволюционном дереве по базе TimeTree. Использовали также базу данных по промоторам Eukaryotic Promoter Database (EPD)

В итоге они отобрали 252 вида из пяти классов позвоночных с максимальной продолжительностью жизни от 1,1 года (рыба Nothobranchius furzeri) до 205 лет (алеутский морской окунь). Человека из базы исключили, как пишут авторы, потому что максимальный зафиксированный в базе возраст (120 лет) не отражает типичную продолжительность жизни (60,9–86,3 года). При этом даже для животных, часто содержащихся в зоопарках, по-видимому, продолжительность жизни была указана более осторожно, например, для шимпанзе и бонобо — чуть больше 40, хотя известны и 60-летние долгожители.

В геномах изучаемых видов авторы изучали промоторные области генов. Хотя человека и исключили из анализа, ориентировались на человеческие промоторы, так как их в базе было 29 598 — больше, чем для любого другого вида. В соответствующих участках ДНК у всех 252 видов исследователи подсчитывали плотность CpG сайтов. Они нашли положительную корреляцию между этим показателем и зарегистрированной максимальной продолжительностью жизни. Итоговая модель для предсказания максимальной продолжительности жизни для конкретного вида основана на плотности CpG сайтов в 42 промоторах. Коэффициент корреляции между предсказанными моделью и реальными известными данными для млекопитающих составил 0,91, для птиц 0,49, для рептилий 0,94, для рыб 0,56.

Исследователи попытались применить свою модель к предсказанию продолжительности жизни вымерших видов: шерстистого мамонта и прямобивневого лесного слона (Palaeoloxodon antiquus). Их геномы сравнивали с геномом наиболее близкого из ныне живущих видов — африканского слона (максимальная продолжительность жизни 65 лет). Для обоих вымерших видов модель показала 60 лет. Для вымершего странствующего голубя тот же подход дал значение 28 лет.

Что касается человека, то Homo sapiens явно не укладывается в модель, которая показала для него максимальную продолжительность жизни 38 лет. Для современных людей это не возраст, но наши предки в палеолите, вероятно, жили именно столько. Для неандертальцев и денисовцев получена сходная продолжительность жизни — 37,8 лет.

Наконец, модель проверили на долгоживущих видах. Результат галапагосской черепахи — 120 лет (последний представитель этого вида по имени Одинокий Джордж умер не так давно в возрасте более 100 лет, и его геном был секвенирован). Для гренландского кита, у которого реально зафиксированная продолжительность жизни равняется 211 годам, модель показала 268 лет.

Открытие ученых, помимо общебиологического значения, имеет и практическое применение. Информация о максимальной продолжительности жизни разных животных может быть использована для стратегии сохранения в природе редких видов, а также для планирования объема добычи промысловых видов.