Мобильные генетические элементы старят нематоду

Мобильные генетические элементы обычно имеют длину от 0,1 до 20 килобаз; они могут менять свою позицию в геноме, принося в новое положение мутации инсерции. Если сайт-акцептор содержит функциональную последовательность (кодирующую или регуляторную), то вставка мобильного элемента может иметь фенотипические проявления. Мутагенное действие мобильных элементов ассоциировано с генетической нестабильностью, характерной практически для всех стареющих клеток.

От мобильных элементов эукариотические геномы защищены с помощью пути Piwi-piРНК (P element-induced wimpy testis in Drosophila-Piwi-interacting RNA), который активен во многих клетках, включая клетки зародышевой линии и рака, но не в стареющих соматических клетках. Вероятно, мобильные элементы участвуют в старении. Действительно, их активность нарастает с возрастом у многих видов эукариот. Но до сих пор неясно, является ли старение причиной или следствием активности мобильных элементов. В новой работе венгерские ученые подавили мобильные элементы у нематоды Caenorhabditis elegans, чей компактный геном содержит относительно небольшое их количество (менее 12%), и показали, что это продляет ее жизнь.

Геном C. elegans содержит несколько семейств активных ДНК-транспозонов, но каждое их них представлено относительно небольшим числом копий. Это позволяет подавить их активность. Сначала авторы использовали РНК-интерференцию, чтобы воздействовать на Tc1-элементы у взрослых червей дикого типа. Взрослые особи были выбраны, так как есть сведения о важной роли «одомашненных» мобильных элементов в развитии. Животные с подавленной активностью Tc1 жили дольше при любых температурах по сравнению с контролями (при температуре 20 °C — дольше на 10%).

Далее авторы подавили активность Tc3-транспозаз. Это тоже продлило жизнь нематодам. В то же время оверэкспрессия Tc3 с индуцируемого нагревом промотора снижала продолжительность жизни животных. Те же результаты получили при воздействии на другое семейство мобильных элементов — Tc14/CemaT1. Если подавляли активность сразу двух семейств мобильных элементов, то эффект суммировался. Интересно, что ингибирование семейства Cele14, для которого на показана активность в соматических клетках, не действовало на продолжительность жизни. Авторы подтвердили, что Tc1, Tc3 и Tc14 транскрипционно активны в соматических клетках нематод, и уровень их экспрессии увеличивается с возрастом.

Чтобы подтвердить обнаруженные закономерности, авторы экспрессировали некоторые компоненты пути Piwi-piРНК в соматических клетках у нематоды. Это снижает количество транскриптов мобильных элементов. В результате продолжительность жизни нематод увеличилась на 30% при 20 °C по сравнению с контролями. На 20% увеличилась продолжительность жизни трансгенных животных, в клетках которых экспрессировали связанный с Piwi ген prg-1. Если у них дополнительно подавить мобильные элементы Tc1 и Tc3, продолжительность жизни сильнее не увеличится. Скорее всего, prg-1 и так подавляет эти мобильные элементы.

Экспрессия в соматических клетках нематод гена prg-2 — паралога с неизвестной функцией — также продлевала им жизнь. Такой же активностью обладал ген ppw-2. То есть путь Piwi-piРНК замедляет старение, и этот эффект связан с активностью мобильных элементов.

Не так давно было показано, что метилирование аденина встречается не только в бактериях и растениях, но и у животных. N⁶-метиладенин (6mA) у дрозофил в основном ассоциирован с мобильными элементами и активирует их, в то же время у млекопитающих эта метка подавляет экспрессию. Роль метилированного аденина у нематод не была изучена.

Авторы нового исследования разработали основанный на ПЦР метод определения относительного уровня 6mA на любой последовательности, представленной множеством копий в геноме. Они показали, что уровень 6mA в мобильных элементах Cele14, Tc1 и Tc3 рос с возрастом (в 5–6 раз). Предположительно, метилирование аденина влияет на мобилизацию активных мобильных элементов в ходе старения. Это подтвердили в дальнейших опытах с трансгенными линиями. Так, деметилирование 6mA происходит с помощью фермента NMAD-1, а метилирование — с помощью DAMT-1. Мутации в NMAD-1 сокращают жизнь нематодам, вероятно, из-за активации Tc1 и Tc3. Напротив, мутации в DAMT-1 и его нокдаун повышали продолжительность жизни.

Под действием теплового стресса у нематод также повышается уровень метилирования аденинов в мобильных элементах, что увеличивает экспрессию Tc1 и Tc3. Если уровень их экспрессии снизить, это увеличивается выживаемость животных при нагревании. Наоборот, мутации NMAD-1 повышают чувствительность нематод к нагреву.

Исследователи попытались понять, почему уровень 6mA нарастает с возрастом. Однако экспрессия DAMT-1 остается на постоянном уровне, а NMAD-1 даже слегка нарастает. Так что пока механизм этого явления неясен. Нужны дополнительные исследования.

Нематоды на среде с фенформином живут дольше