A féreg, aki élt

Absztrakt

Az öregedés baja

1.ábra. Az extrinsic mortalitásnak az öregedés evolúciójában betöltött szerepével kapcsolatos kísérleti evolúciós tesztünk alapvető eredményeinek sematikus ábrázolása. A rövidebb élettartam (napokban) alakulása nagy véletlenszerű mortalitás mellett támogatta az öregedés klasszikus evolúciós elméletének központi előrejelzését. A hosszú életű férgek azonban akkor fejlődtek ki, amikor a hő-sokk ugyanolyan mértékű halálozást írt elő, vagyis a mortalitás nem véletlenszerű, hanem állapotfüggő volt, támogatva az öregedés állapot-környezet kölcsönhatás elméletét.

2. ábra. A hősokk-rezisztencia gyors fejlődése azokban a populációkban, ahol az extrinsic mortalitást hő-sokk alkalmazásával alkalmazták (a részleteket lásd a szövegben). A túlélők aránya jelentősen megnőtt, különösen a magas halálozási arányú kezelésben, a 2. és 7. generáció között (ANOVA a népesség átlagán, generáció: F1,12 = 46,20; p 14). Ez az elmélet azonban nem jósolja a stressz-rezisztencia pozitív hatását Éppen ellenkezőleg, azt lehetne számítani, hogy a fokozott stressz-ellenállás kiválasztása, a stressz hiányában megnövekedett élettartam kíséretében a reprodukció és a szomatikus fenntartás közötti kompromisszum miatt csökken a termékenység. A HC-d nőstényeknél az életkor közepén valamivel jobb volt a termékenység, ami végül magasabb teljes termékenységet eredményezett, mint a kontroll LR nőstények, 15 míg a HC-d hímek hasonló reprodukciós siker LR hímeként (Chen et al., előkészítés alatt).

Lehetséges azonban, hogy a sok vizsgálatban megfigyelt megnövekedett stressz-ellenállás és csökkent reprodukció egybeesik és szétválasztható, 2, 21, ezért hivatkozunk ezekre a magyarázatokra „kompromisszumon kívüli” hipotézisként. A klasszikus eldobható szóma elmélet szerint a stressznek való kitettség az erőforrásokat a szaporodástól a szomatikus fenntartásig tereli, ezáltal meghosszabbítva az élettartamot. 4, 10 Ezt a logikát sikeresen alkalmazták az étrendi korlátozás (DR) hosszan tartó hatásának magyarázatára, amelyet a megnövekedett élettartam és a csökkent termékenység jellemez a tápanyagok csökkent rendelkezésre állása esetén. 22 Egy nemrégiben készült tanulmány azonban azt mutatta, hogy a DR alatti csökkent termékenység egyetlen esszenciális aminosav-metionin kiegészítésével helyreállítható, miközben a hosszan tartó hatást érintetlen marad. Érdekes módon a DR-ben a hosszú élettartam pusztán az étel szagával csökkenthető, nem pedig az erőforrások közvetlen kiegészítésével. 23 Összességében ezek az eredmények azt jelzik, hogy az egyszerű kompromisszumos modell nem biztos, hogy közvetlenül alkalmazandó, és hogy a tápanyag-érzékelő út manipulálása kulcsot jelenthet a DR és más stresszorok, beleértve a hő-sokkot is, hosszan tartó hatásához.

A hiperfunkció elmélete

Hogyan egyeztethetjük ezeket a megállapításokat az öregedés evolúciós elméletével, és van-e összefüggés a tápanyag-érzékelés útja és a hő-sokk között? A közelmúltban Blagosklonny egy új hiperfunkciós elméletet terjesztett elő, amelynek célja az antagonista pleiotrópia logikájának és a stresszel szembeni ellenálló képesség, a szaporodás és a hosszú élettartam komplex kapcsolatának ismert tényekkel való összekapcsolása. 24, 25 Ez az elmélet azt állítja, hogy az öregedés elsősorban a fejlődési növekedési program eredményeként következik be, amely a teljes életkorban is teljes kapacitással működik a késői életkorban, amikor annak hatásaira már nincs szükség és káros, mert a szervezet növekedése megszűnt. Amellett, hogy új megvilágításba helyezzük a növekedési ütem és az öregedési ráta kapcsolatát, 26 ez az elmélet jól illeszkedik ahhoz a tényhez, hogy a rapamicin célpontja (TOR) tápanyag-érzékelő út szabályozza mind a növekedést, mind az öregedést, és közvetíti a DR és a DR hatásait -mimetikumok a hosszú élettartamról. 25 Gems és Partridge 2 nemrégiben készült átfogó áttekintése azt sugallja, hogy ez az elmélet jobban megfelelhet az öregedésbiológiával kapcsolatos jelenlegi ismereteknek, mint a korábbi modellek, és ezért erős potenciállal rendelkezik arra, hogy új kapcsolattá váljon az öregedés végső és közeli elméletei között.

Van-e közvetlen bizonyíték a hősokk szerepére a TOR által közvetített öregedés gátlásában? Egyrészt jól kidolgozott érv szól a hősokk és a TOR közötti kapcsolat mellett. 27 Míg a TOR aktiválása növeli a fehérje bioszintézist, amely a hiperfunkciós elmélet legfőbb csapása, addig a hősokk a hősokk fehérjék hatására csökkenti a fehérje bioszintézisét. Lényegében a hő-sokk utánozza a TOR-jelzés gátlását. Lehetséges, hogy a férgeket folyamatosan szabályozott hősokk-reakcióval választottuk ki (hőgöknek ellenállóvá téve őket), és ezért folyamatosan csökkentettük a bioszintézist (hosszú élettartamúvá téve őket).

Hazai féreg

Másrészt a hősokk-válasz újraszabályozása a késői életkorban pufferolja a férgeket olyan mutációkkal szemben, amelyek káros hatásai a késői életre is korlátozódnak, potenciálisan kevés költséget okozva a növekedés és a korai szaporodás szempontjából. Kísérletünk során a férgek legkorábban a felnőttkor negyedik napján tapasztalták a hősokkot, ami azt sugallja, hogy a stressz-rezisztencia életkor-specifikus felülszabályozására választhattunk. Jelenleg nincsenek adatok a hipotézis tesztelésére, de érdekes lenne tudni, hogy a HC-d férgek jobban ellenállnak-e a stressznek, mint a kontrollok a lárva szakaszában, valamint a fiatal felnőttek. Egy másik lehetőség az, hogy a megnövekedett stresszválasz nem különösebben költséges a férgek számára a bőséges táplálékellátás, valamint a kórokozók és ragadozók tényleges hiánya esetén. Bár ez a magyarázat eredményeit kevésbé alkalmazná a természetes populációk öregedésére, relevánsabbá tenné azokat az emberek és a háziállatok öregedése szempontjából, ami azt sugallja, hogy az öregedés kellően alakítható az orvosi beavatkozásokhoz a védett környezetben a szaporodás nagy költségei nélkül.

Férgek a vadonban

A természetben a Caenorhabditis fonálférgek leggyakrabban rothadt gyümölcsökkel vagy más növényi anyagokkal társulnak, egy olyan környezettel, amely bőséges életet és komplex ökológiai közösségeket mutat be 28, 29, és az abiotikus tényezők sokfélesége befolyásolja. A bomló szerves anyagok tápanyagokat és élőhelyeket biztosítanak a mikrobák és a kis gerinctelenek számára, amelyek táplálékforrásként, kórokozókként vagy a fonálférgek ragadozói lehetnek. Így a fonálférgek természetes környezetükben különböző típusú állapotfüggő és véletlenszerű halálozási tényezőknek vannak kitéve, amelyek befolyásolják az öregedés evolúcióját.

A ragadozó nyomás egy másik potenciálisan fontos forrása az állapotfüggő halálozásnak. A guppokban a nagy ragadozó nyomás alatt kialakult populációk hosszabb élettartamot és jobb teljesítményt mutatnak a ragadozók elkerülésében az élet korai szakaszában, összehasonlítva az alacsony ragadozó helyekről származó populációkkal. 39 A Caenorhabditis fonálférgeknél azonban a ragadozó nyomás jelentőségét nagyrészt figyelmen kívül hagyják. A fonálférgek természetes élőhelyén különféle organizmuscsoportok, különösen kis gerinctelenek osztoznak, amelyek közül sok (pl. Atkák, laposférgek és tardigrádok) a fonálférgek lehetséges ragadozói. 28, 29, 40 - 44 Például a fonálférgeket zsákmányoló atkák a spaghettiként lenyelik őket, és rendkívül magas külső halálozást indukálhatnak, ami végül a fonálférgek kísérleti populációjának kihalásához vezethet. Az ilyen halálozási források valószínűleg véletlenszerűek a fonálféreg állapotával kapcsolatban, de ezt csak a fonálféreg ökológiájának részletes vizsgálata képes félig természetes mikrokozmoszokban megerősíteni.

Következtetés

Megjegyzések

A lehetséges összeférhetetlenség nyilvánosságra hozatala

Potenciális összeférhetetlenséget nem hoztak nyilvánosságra.