Почему большие собаки умирают раньше: найден эпигенетический механизм раннего старения 

Крупные породы собак живут меньше маленьких — этот факт известен каждому владельцу. Новое исследование, основанное на данных 864 собак, впервые показало молекулярный механизм этого парадокса. Ответ кроется в «прыгающих генах», которые со временем теряют контроль над собой.

Парадокс, который не давал покоя

У млекопитающих все обычно устроено логично: чем крупнее вид, тем дольше он живет. Мыши живут пару лет, киты — почти два столетия. Но внутри одного вида правило переворачивается с ног на голову. Маленькие особи живут дольше крупных. И нигде это не выражено так ярко, как у собак.

Чихуахуа может дожить до 18 лет, а дог или сенбернар часто не дотягивают и до десяти. Крупные породы не только умирают раньше, но и больше страдают от возрастных болезней — артрита, сердечных проблем, некоторых видов рака.

Ученые десятилетиями пытались понять, почему так происходит. Исследование 2013 года показало: большие собаки стареют быстрее. Но что именно ускоряет их биологические часы, оставалось загадкой.

Что искали в ДНК

Ответ попытались найти в эпигенетике. Это область, которая изучает, как гены включаются и выключаются, не меняя саму последовательность ДНК. Один из ключевых механизмов — метилирование: присоединение химических меток к ДНК, которое обычно «заглушает» ген.

Исследователи из Университета штата Аризона проанализировали образцы 864 собак, участвующих в проекте Dog Aging Project. Это одна из крупнейших выборок в своего рода исследовании. Ученые картировали более трех миллионов участков метилирования по всему геному.

Прыгающие гены выходят из-под контроля

Результат оказался неожиданным. Главные изменения с возрастом происходили не в обычных генах, а в регионах, известных как транспозоны, или «прыгающие гены».

Транспозоны — это фрагменты ДНК, которые могут копировать себя и вставляться в разные места генома. Один из самых активных классов таких элементов называется LINE1. В норме их активность подавлена метилированием. Но с возрастом метки теряются.

Исследование показало: более 40 процентов регионов LINE1 теряют метилирование по мере старения. Это делает их самой уязвимой группой «прыгающих генов».

Большие собаки теряют контроль быстрее

Самое важное открытие касается разницы между породами. Ученые обнаружили, что у гигантских пород LINE1 теряют метилирование примерно на 35 процентов быстрее, чем у мелких.

Это означает, что у больших собак «прыгающие гены» выходят из-под контроля раньше и активнее. Активированные LINE1 могут повреждать ДНК, встраиваясь в новые места. Это связано с геномной нестабильностью, раком и другими возрастными болезнями.

Дополнительные данные подтверждают картину. Эпигенетические часы, построенные на тех же данных, показали: у самых крупных пород биологический возраст примерно на 0,37 года «старше» хронологического за каждый прожитый год по сравнению с самыми мелкими.

Неожиданная разница между полами

Исследование выявило еще одну странность. LINE1 на X-хромосоме оказались более метилированными у самцов, чем у самок.

Это противоречит ожиданиям. У самок две X-хромосомы, и одна из них обычно инактивируется, что должно сопровождаться усиленным метилированием. Но данные показали обратное. Ученые предполагают, что самки могут быть более уязвимы к возрастной потере контроля над этими элементами на X-хромосоме.

Что это значит для людей

Собаки — не просто удобная модель. Они живут в той же среде, что и их владельцы, едят ту же еду (в некотором смысле), страдают от многих тех же возрастных болезней: сердечных заболеваний, деменции, рака.

Исследования старения собак уже дают подсказки для понимания человеческого старения. Тот же механизм — потеря контроля над «прыгающими генами» — наблюдается и у людей. Ученые связывают активность LINE1 с возрастными заболеваниями и у нашего вида.

Проект Dog Aging Project, данные которого легли в основу работы, продолжает следить за тысячами собак. Ученые надеются, что понимание того, почему большие собаки стареют быстрее, поможет не только продлить жизнь питомцам, но и понять общие законы старения млекопитающих.

Исследование опубликовано в журнале Science.