چرا سلولها پیر میشوند و چرا انسانها با گذشت زمان به تدریج انرژی و شادابی خود را از دست میدهند؟ دانشمندان مدتهاست که روی میتوکندریها تمرکز کردهاند؛ ساختارهای پنهان و ریز درون سلولها که مسئول تولید انرژی هستند. محققان اکنون میدانند که کارکرد میتوکندریها بسیار فراتر از تامین انرژی سلولهاست؛ آنها به تنظیم ارتباطات، سازگاری و بسیاری از فرآیندهای حیاتی برای بقا نیز کمک میکنند.
میتوکندری ها انرژی لازم برای حرکت، رشد و ترمیم بافتها را تامین میکنند. با این حال، عملکرد آنها با افزایش سن کاهش مییابد. اگرچه دانشمندان سالهاست که از این موضوع آگاهند، اما دلایل پشت این کندی عملکرد تا پیش از این نامشخص باقی مانده بود.
برای چندین دهه، محققان بر این باور بودند که آسیب به دیانای (DNA) میتوکندری عامل اصلی است. اما مطالعه جدیدی که در نشریه Nature Communications توسط یک تیم بینالمللی به سرپرستی دکتر ماریا اِرمولایوا از «انستیتو پیری لایبنیتس – انستیتو فریتز لیپمن (FLI)» در شهر ینا آلمان منتشر شده، به عامل مهم دیگری اشاره میکند: اختلال در شبکه میتوکندری که به دلیل از دست رفتن یک لیپید (چربی) غشایی مهم رخ میدهد.
این لیپید که «فسفاتیدیلکولین» نام دارد، یکی از اجزای سازنده اصلی غشاهای زیستی است. این ماده به غشاها کمک میکند تا انعطافپذیر باقی بمانند و بتوانند به طور مداوم ساختار خود را بازسازی کنند. این انعطافپذیری برای فرآیندی به نام «اندامکجوشخوردگی یا همجوشی میتوکندریایی» حیاتی است؛ فرآیندی که در آن میتوکندریهای مجزا به یکدیگر متصل شده و شبکههایی را تشکیل میدهند. این شبکههای متصل به هم به سلولها اجازه میدهند تا مولکولهای انرژی، محصولات متابولیک، DNA و مولکولهای سیگنالدهنده را با یکدیگر به اشتراک بگذارند و در عین حال، اجزای آسیبدیده را جایگزین کرده و از بروز عدم تعادل جلوگیری کنند.
کاهش فسفاتیدیلکولین شبکههای انرژی میتوکندری را تضعیف میکند
محققان دریافتند که تولید فسفاتیدیل کولین با افزایش سن کاهش مییابد و این امر باعث تکهتکه شدن غشای میتوکندری و کاهش کارایی آن میشود. هنگامی که ژنهای مسئول تولید فسفاتیدیل کولین در کرمهای جوان خاموش شدند، میتوکندریهای آنها به سرعت ویژگیهایی را نشان دادند که معمولاً در ارگانیسمهای مسنتر دیده میشود. تیم تحقیقاتی از اینکه چقدر این تغییرات با میتوکندریهای پیر شده به طور طبیعی شباهت داشت، شگفتزده شدند.
همچنین به نظر میرسید که این اثرات برگشتپذیر هستند. تنها ظرف مدت دو روز، کرمهایی که با فسفاتیدیلکولین یا پیشساز آن یعنی «کولین» تغذیه شده بودند، میتوکندریهایی با ساختار بسیار جوانتر نشان دادند. دکتر تاتیانا پولژایوا، نویسنده اول این مطالعه گفت:
ما خودمان از اینکه این مولکول چقدر قوی بر ساختار، پیوستگی و عملکرد میتوکندری تأثیر میگذارد، شگفتزده شدیم.
اگرچه این تغییر ممکن است جزئی به نظر برسد، اما پیامدهای آن بسیار بزرگ است (اثر پروانهای). در شرایط عادی، میتوکندریها شبکههای سازگاری را تشکیل میدهند که به نیازهای انرژیِ در حال تغییر سلول پاسخ میدهند. با این حال، با پیشرفت روند پیری، این شبکهها ناپایدار میشوند. دکتر ارمولایوا توضیح داد:
شما میتوانید کل این سیستم را مانند یک شبکه برق با شاخههای ظریف تصور کنید که با افزایش سن به تدریج آسیب میبیند: اتصالات قطع میشوند و جریانها متوقف میگردند.
اگرچه تولید انرژی ادامه مییابد، اما کارایی و پایداری آن کمتر میشود و انرژی دیگر نمیتواند به صورت انعطافپذیر توزیع شود.
با گذشت زمان، سلولها آنچه را که دانشمندان “انعطافپذیری متابولیک” یا توانایی سازگاری سریع با نیازهای انرژی در حال تغییر مینامند، از دست میدهند. این انعطافپذیری برای حفظ سلامت سلولها، بافتها و سیستمهای بدن حیاتی است و کاهش آن به طور فزایندهای با پیری و بیماریهایی مانند دیابت مرتبط دانسته میشود.
دادههای انسانی و ارگانیسمهای مدل، مکانیسمهای پیری را آشکار میکنند
برای بررسی زیستشناسی پایهای این پدیده، محققان چندین روش را با استفاده از کرم آزمایشگاهی Caenorhabditis elegans، کشتهای سلولی انسانی و مجموعه دادههای بالینی بزرگ ترکیب کردند. آنها اطلاعات مربوط به پروتئینها، لیپیدها، تنوع ژنتیکی، فعالیت ژنی و متابولیسم را در مراحل مختلف پیری در انسانها مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند.
این استراتژی گسترده به تیم تحقیقاتی اجازه داد تا تغییرات مولکولیِ دیدهشده در ارگانیسمهای مدل را به الگوهای مشاهده شده در انسانها متصل کنند. آنها با ترکیب راستیآزماییهای آزمایشگاهی و مطالعات روی کل بدن کرمها، به یک ارتباط مستقیم بین تغییرات مولکولی تدریجی و پیری سیستمیک (کل بدن) پی بردند.
یافتهها نشان داد که افت عملکرد میتوکندری نهتنها تحت تاثیر آسیبهای ژنتیکی، بلکه تحت تاثیر تغییرات مرتبط با سن در تولید لیپیدها نیز قرار دارد. این امر با برجسته کردن اهمیت پویایی لیپیدهای غشایی، درک دانشمندان را از پیری میتوکندری گسترش میدهد.
این تیم همچنین شواهدی یافت که نشان میدهد پیری به جای اینکه یک فرآیند پیوسته و یکنواخت باشد، در مراحل بیولوژیکی متمایزی رخ میدهد. سلولها ابتدا توانایی خود را در مدیریت استرس از دست میدهند که این امر با اختلال در «هومئوستازی پروتئین» (سیستم مسئول حفظ ثبات پروتئینها) همراه است. تغییرات متابولیک در مرحله بعدی رخ میدهند و تغییرات اپیژنتیک نیز پس از آنها ظاهر میشوند.
یائسگی، متابولیسم و معکوس کردن پیری میتوکندری
این مطالعه همچنین تفاوتهای جنسیتی خاصی را در متابولیسم لیپیدها شناسایی کرد. دادههای متابولوم انسانی نشان داد که شدیدترین افت در سطح فسفاتیدیلکولین در زنان و در حدود سنین یائسگی رخ میدهد. دکتر ارمولایوا گفت:
این مشاهده به ویژه از این جهت قابل توجه است که با دورهای همزمان است که بسیاری از زنان افت شدید سطح انرژی و شروع خستگی مفرط و مداوم را گزارش میکنند.
یکی از مهمترین یافتههای این مطالعه این بود که برخی از آسیبهای مرتبط با پیری ممکن است برگشتپذیر باشند. افزایش سطح فسفاتیدیلکولین، از جمله از طریق رژیم غذایی، شبکههای میتوکندری را در کرمهای مسنتر پایدار کرد و تولید انرژی سلولی را بهبود بخشید. این نتایج نشان میدهند که مداخلههای متابولیک هدفمند میتواند به طولانیتر شدن پیری سالم کمک کند.
دکتر ارمولایوا گفت:
کار ما نشان میدهد که هم پیری میتوکندری و هم پیری گستردهتر سیستمیک، حداقل تا حدودی قابل تغییر هستند. اگر فرآیندهای زمینهای را درک کنیم، ممکن است بتوانیم اقدامات متقابل و هدفمندی انجام دهیم.
برای تعیین اینکه آیا این یافتهها میتوانند به درمانهایی برای انسان منجر شوند یا خیر، به تحقیقات بیشتری نیاز است. دانشمندان به ویژه علاقهمندند بدانند آیا مکملهای غذایی میتوانند به حمایت از عملکرد سلولی در سنین بالا کمک کنند یا خیر.
محققان به این نتیجه رسیدند که مصرف مکملهای فسفاتیدیلکولین ممکن است به عنوان یک مداخله ضد پیری عمل کند، حتی اگر در سنین میانسالی یا بالاتر شروع شود. به طور کلی، این مطالعه تمرکز تحقیقات پیری را از “افت غیرقابل برگشت” به سمت “فرآیندهای بیولوژیکی قابل تغییر” سوق میدهد که میتوان آنها را برای حمایت از پیری سالمتر تغییر داد.
منبع: Scitechdaily
