Gaf1: Μια πρωτεΐνη για υγιή γήρανση και μακροζωία

Το παρακάτω κείμενο έχει δημοσιευτεί στο The Conversation από τον Χαράλαμπο Ράλλη, Λέκτορα Κυτταρικής Γήρανσης, στο University of Essex.

Οι άνθρωποι ζουν περισσότερο από ποτέ. Όμως, παράλληλα με την αύξηση στο προσδόκιμο ζωής έχει αυξηθεί και η εμφάνιση ασθενειών που σχετίζονται με την ηλικία, όπως ο καρκίνος και η άνοια. Η κατανόηση της βιολογίας της γήρανσης και η γνώση των γονιδίων και των πρωτεϊνών που εμπλέκονται σε αυτές τις διαδικασίες, μπορούν να βοηθήσουν σε μια πιο υγιή γήρανση.

Σε μια πρόσφατη μελέτη, μια ερευνητική ομάδα εντόπισε μια νέα πρωτεΐνη αντιγήρανσης, που ονομάζεται Gaf1. Διαπιστώθηκε ότι η Gaf1 ελέγχει τον μεταβολισμό των πρωτεϊνών, μια διαδικασία που έχει εμπλακεί στη γήρανση και τις ασθένειες. Διαπιστώθηκε επίσης ότι χωρίς τη Gaf1, τα κύτταρα έχουν μικρότερη διάρκεια ζωής.

Η γήρανση είναι μια πολύπλοκη διαδικασία που εξαρτάται τόσο από γονίδια όσο και από περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως η διατροφή. Είναι ευρέως γνωστό ότι οι δίαιτες με περιορισμένες θερμίδες μπορούν να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής. Αυτό ισχύει για μια ποικιλία οργανισμών, συμπεριλαμβανομένων της ζύμης, των αρουραίων και των πιθήκων. Βραχυπρόθεσμες μελέτες δείχνουν ότι βελτιώνει επίσης την υγεία των ανθρώπων.

Ωστόσο, οι επιστήμονες συνειδητοποιούν τώρα ότι μπορεί στην πραγματικότητα να είναι η ποσότητα συγκεκριμένων θρεπτικών ουσιών -όπως τα αμινοξέα (τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών)- που συνδέονται με τη μακροζωία, παρά με την ποσότητα των θερμίδων που καταναλώνονται. Τα κύτταρα αισθάνονται την ποσότητα των θρεπτικών ουσιών στο περιβάλλον τους μέσω συγκεκριμένων μορίων εντός των κυττάρων. Ένα από αυτά τα μόρια είναι το ένζυμο TOR (Target of Rapamycin). Το TOR ανιχνεύει την ποσότητα των αμινοξέων που υπάρχουν στο σώμα και είναι διαθέσιμα στα κύτταρα.

Όταν τα κύτταρα μας έχουν άφθονα αμινοξέα, το ένζυμο TOR τροποποιεί το μεταβολισμό και καθοδηγεί τα κύτταρα να αναπτυχθούν δημιουργώντας πρωτεΐνες. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται πρωτεϊνική μετάφραση ή σύνθεση. Αλλά όταν τα αμινοξέα είναι περιορισμένα, το TOR δίνει εντολή στο σώμα να είναι σε εγρήγορση -μια κατάσταση στην οποία οι επιστήμονες αναφέρονται ως «ήπια απόκριση στο στρες».

Γνωρίζουμε τώρα ότι αυτή η «απόκριση στο στρες» είναι ευεργετική για τα κύτταρα και τον οργανισμό συνολικά, ενώ η αυξημένη πρωτεϊνική μετάφραση είναι επιζήμια. Αυτό συμβαίνει επειδή η μακροζωία σχετίζεται στενά με την ικανότητα ενός οργανισμού να αντιμετωπίζει αποτελεσματικά τις εσωτερικές και εξωτερικές πιέσεις. Ένα κύτταρο που είναι «σε εγρήγορση» αντιμετωπίζει καλύτερα τις αντιξοότητες. Ένα κύτταρο που επενδύει στη πρωτεϊνική μετάφραση, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη, μειώνει την άμυνά του και δεν μπορεί να αντιμετωπίσει αποτελεσματικά το κυτταρικό στρες.

Σε μια πρόσφατη μελέτη, οι επιστήμονες ανέλυσαν τον κύκλο εργασιών των πρωτεϊνών στα κύτταρα διαφόρων ζώων με διάρκεια ζωής από 4 έως 200 χρόνια. Διαπίστωσαν ότι τα ζώα με μεγαλύτερη διάρκεια ζωής έχουν χαμηλότερο κύκλο πρωτεϊνών και ενεργειακές απαιτήσεις εντός των κυττάρων τους σε σύγκριση με τα ζώα που ζουν μικρότερη διάρκεια ζωής.

Το DNA μεταφέρει τις γενετικές μας πληροφορίες. Τα γονίδια είναι κομμάτια DNA και πολλά από αυτά είναι υπεύθυνα για την παραγωγή πρωτεϊνών. Για να δημιουργηθεί μια πρωτεΐνη, το κύτταρο πρέπει να παράγει ένα αντίγραφο του αντίστοιχου γονιδίου (ονομάζεται mRNA), μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως μεταγραφή. Το mRNA καθοδηγεί τα ριβοσώματα των κυττάρων με τη σειρά που τα αμινοξέα πρέπει να συνδεθούν μεταξύ τους, δημιουργώντας πρωτεΐνες.

Εκτός από τα αναγκαία mRNA και ριβοσώματα, τα κύτταρα απαιτούν επίσης ενέργεια με τη μορφή ΑΤΡ, αμινοξέων και tRNAs (μικρά μόρια που μεταφέρουν τα αμινοξέα στα ριβοσώματα) για την πρωτεϊνική σύνθεση, η οποία απαιτεί πολλή ενέργεια για ένα κύτταρο. Κάθε κύτταρο μπορεί να χρειαστεί δεκάδες χιλιάδες ριβοσώματα για να μεταφράσει τις πρωτεΐνες του.

Όσο περισσότερα “τρόφιμα” έχει το κύτταρο, τόσο πιο ενεργό είναι το ένζυμο TOR, καθοδηγώντας έτσι το κύτταρο να αναπτυχθεί και να διαιρεθεί, κάτι που απαιτεί πρωτεϊνική μετάφραση και ενεργειακή δαπάνη. Αντίθετα, όταν το TOR είναι ανενεργό (όπως συμβαίνει κατά τη διάρκεια του διατροφικού περιορισμού) σταματάει η πρωτεϊνική μετάφραση εμποδίζοντας τη λειτουργία των υπαρχόντων ριβοσωμάτων. Σταματά επίσης την παραγωγή νέων ριβοσωμάτων.

Η πρωτεΐνη Gaf1 είναι ένας παράγοντας μεταγραφής, που σημαίνει ότι είναι μια πρωτεΐνη που μπορεί να δεσμευτεί στο DNA του κυττάρου και να ενεργοποιήσει ή να καταστείλει συγκεκριμένα γονίδια. Όταν το TOR είναι ενεργό, η Gaf1 βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου και δεν δεσμεύεται στο DNA. Αλλά όταν το TOR απενεργοποιείται μέσω δίαιτας ή φαρμάκων, η Gaf1 ταξιδεύει στον πυρήνα και συνδέεται με το DNA.

Η νέα μελέτη διαπίστωσε πως όταν συνδέεται με το DNA, η Gaf1 σταματά όλα τα γονίδια που είναι υπεύθυνα για την παραγωγή tRNA. Σταματά επίσης άλλα γονίδια που απαιτούνται για την πρωτεϊνική σύνθεση, όπως αυτά που είναι υπεύθυνα για την παραγωγή ριβοσωμάτων. Αυτό το κάνει ελέγχοντας ένα δίκτυο γονιδίων που είναι υπεύθυνα για την παροχή αμινοξέων, των δομικών στοιχείων των πρωτεϊνών. Που σημαίνει ότι η Gaf1 διασφαλίζει ότι το κύτταρο θα σταματήσει να χρησιμοποιεί ενέργεια για πρωτεϊνική σύνθεση, εμποδίζοντας την παροχή των συστατικών που απαιτούνται για αυτήν τη διαδικασία. Αυτό είναι προσωρινό και μπορεί να αντιστραφεί μόλις είναι διαθέσιμα τα αμινοξέα.

Η μελέτη διαπίστωσε επίσης ότι τα κύτταρα που στερούνται Gaf1 είναι βραχύβια. Όπως αναφέρθηκε, το ένζυμο TOR σηματοδοτεί τα κύτταρα να αναπτύσσονται, γεγονός που συμβάλλει στη γήρανσή τους. Αλλά όταν το TOR αναστέλλεται μέσω διατροφικών περιορισμών ή φαρμάκων, η ανάπτυξη των κυττάρων σταματά και η διάρκεια ζωής παρατείνεται. Χωρίς τη Gaf1, η ανάπτυξη δεν σταματά και η παρατηρούμενη επέκταση της διάρκειας ζωής δεν πραγματοποιείται πλήρως. Με άλλα λόγια, βρέθηκε ένα μόριο που μεσολαβεί σε ορισμένα από τα ευεργετικά αποτελέσματα του διατροφικού περιορισμού.

Αν και η μελέτη εξέτασε τη μαγιά (ζύμη), πρωτεΐνες παρόμοιες με τη Gaf1 υπάρχουν σε πολλά ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων και έχουν αποδειχθεί ότι ελέγχουν την ανάπτυξη και τα βλαστικά κύτταρα, αμφότερα σημαντικά στο εάν αναπτύσσουμε ασθένειες, όπως ο καρκίνος. Είναι πιθανόν αυτές οι πρωτεΐνες να έχουν την ίδια λειτουργία στους ανθρώπους με η Gaf1 στη μαγιά.

Η λειτουργία του ενζύμου TOR, η ανάπτυξη των κυττάρων και η σύνθεση πρωτεϊνών είναι σημαντικά για τη φυσιολογία και την υγεία μας, αλλά μπορούν επίσης να συμβάλουν στην ανάπτυξη ορισμένων ασθενειών, όπως ο καρκίνος και η νόσος Αλτσχάιμερ. Η μελέτη έδειξε πώς ο διατροφικός περιορισμός ελέγχεται ακόμη και στα γονίδια των κυττάρων. Γνωρίζοντας αυτό οι επιστήμονες μπορούν να εξετάσουν πώς συγκεκριμένα φάρμακα ή δίαιτες τροποποιούν τη λειτουργία αυτών των παραγόντων προς όφελος της υγείας και της μακροζωίας.

Δείτε επίσης