Слоны и голые землекопы стали долгожителями за счет быстрой эволюции генов пути mTOR

Некоторые виды млекопитающих известны как рекордсмены-долгожители. Самым долгоживущим млекопитающим считается гренландский кит Balaena mysticetus, обитатель северных морей, максимальная продолжительность жизни которого — более 200 лет. Африканский слон Loxodonta africana может прожить до 65 лет. Однако не все млекопитающие-долгожители — это гиганты. Так, представитель рукокрылых ночница Брандта (Myotis brandtii) живет втрое дольше, чем ее «весовая группа» в среднем. Знаменитый голый землекоп Heterocephalus glaber способен прожить на порядок дольше, чем грызуны схожего размера, и к тому же необычайно устойчив к онкологическим болезням. Кстати, этим же известны и слоны.

Разумеется, в ходе эволюции настолько непохожие млекопитающих приобрели способность долго жить независимо друг от друга. И тем не менее естественно предположить, что их переход к «стратегии долгожительства» задействовал одни и те же молекулярные механизмы. Команда из Нанкинского педагогического универитета (Китай) исследовала с этой точки зрения гены, которые участвуют в работе сигнального пути PI3K/AKT/mTOR. Мишень рапамицина у млекопитающих (mTOR) и путь в целом необходимы для регуляции клеточного цикла и участвуют в старении, злокачественном перерождении клеток и т.д.

Ученые проанализировали 72 гена у 48 млекопитающих из разных систематических групп. Авторов интересовало, чем отличается регуляторная сеть mTOR у видов-долгожителей, связана ли скорость эволюции генов с их влиянием на срок жизни и есть ли у разных долгоживущих видов в соответствующих белках общие аминокислотные замены.

Для каждого вида на основе его максимальной продолжительности жизни и массы тела был рассчитан «коэффициент долгожительства» (longevity quotient). К видам-долгожителям относили те, у которых коэффициент был выше 1,57. В их число вошли человек, горилла, оба вида шимпанзе, голый землекоп, ночница Брандта, гренландский кит, косатка и другие — в общей сложности 15 видов.

Сигнатуры положительного отбора были выявлены обоими методами, которые использовали исследователи, для 12 из 72 связанных с mTOR генов: TSC2, TSC1, RAPTOR, PIK3CA, PDPK1, ATP6V1C2, WDR24, DEPDC5, NPRL3, LAMTOR2, IGF1R и PRKCB. Еще один подход выявил еще пять генов: LC3A2, FNIP1, SLC38A9, ATP6V1D и STRADB.

Сравнительный филогенетический анализ на основе генерализованных наименьших квадратов (phylogenetic generalized least squares, PGLS) установил связь скорости эволюции этих генов с признаками долгожительства вида. Для пяти генов (MLST8, LAMTOR4, EIF4E2, AKT2 и TSC2) найдена значительна корреляция с максимальной продолжительностью жизни. Для AKT2 и MLST8 также показана корреляция с коэффициентом долгожительства.

Наконец, анализ последовательностей гомологичных генов выявил 5 замен, специфичных для млекопитающих-долгожителей. Это общая для человека и трех видов человекообразных обезьян замена A208S в гене SESN2, замена A378T в гене MIOS у трех рукокрылых и некоторые другие.

Таким образом, новое исследование определило круг генов, участвующих в пути mTOR, которые особенно важны для эволюции долгоживущих видов. Примечательно, что многие из них связаны с аутофагией, развитием рака и болезней позднего возраста.

Авторы особо подчеркивают возможное значение аутофагии — уничтожения поврежденных молекул и органелл — для противодействия возрастным изменениям у долгоживущих видов. Интересно наличие четырех конвергентно возникших аминокислотных замен в четырех генах (ATP6V1H, TTI1, IRS1, SESN2) у таких удаленных видов, как голый землекоп, слепыш, ламантин, летучие мыши и приматы. Чтобы установить, насколько эти сайты важны для долголетия, необходимы дальнейшие исследования.

Долголетие вида и долголетие особей внутри вида могут достигаться по-разному