Jak serce może bić przez setki lat? Lekcja od rekina grenlandzkiego

Rekin grenlandzki (polarny, Somniosus microcephalus), uznawany za najdłużej żyjącego kręgowca na Ziemi, może osiągać wiek nawet 400 lat. Najnowsze badania pokazują jednak coś zaskakującego – jego serce wykazuje wyraźne cechy starzenia, które u człowieka byłyby nie do pogodzenia z życiem. Mimo to zwierzę zachowuje sprawność fizjologiczną przez stulecia. Odkrycie sugeruje, że sekret długowieczności nie polega na unikaniu starzenia, lecz na niezwykłej odporności biologicznej organizmu na skutki uszkodzeń komórkowych.

W artykule

• Dlaczego rekin grenlandzki fascynuje biologów starzenia
• Jakie zmiany starzeniowe wykryto w sercu tego gatunku
• Czym różni się odporność biologiczna od „braku starzenia”
• Jakie znaczenie mają uszkodzenia mitochondriów i stres oksydacyjny
• Co badanie mówi o potencjalnych mechanizmach zdrowego starzenia u ludzi
• Dlaczego odkrycie może zmienić podejście do badań nad długowiecznością

Rekin grenlandzki (Somniosus microcephalus) należy do najbardziej niezwykłych organizmów zamieszkujących Ziemię. Szacuje się, że może żyć nawet 400 lat lub dłużej, co czyni go najdłużej żyjącym znanym kręgowcem. Jego wyjątkowo powolny metabolizm, minimalna aktywność ruchowa, bardzo wolne tempo wzrostu oraz późne osiąganie dojrzałości płciowej – dopiero około 150. roku życia – sprawiają, że gatunek ten stanowi unikalny model do badań nad biologicznymi mechanizmami starzenia i długowieczności.

Dotychczasowe badania nad długo żyjącymi gatunkami wykazywały, że organizmy te często dysponują wyjątkowo wydajnymi systemami naprawy DNA, skutecznymi mechanizmami przeciwnowotworowymi oraz precyzyjnie regulowaną odpowiedzią immunologiczną. Wstępne analizy genomu rekina grenlandzkiego sugerowały również obecność genów związanych z hamowaniem procesów zapalnych, ochroną przed nowotworami oraz utrzymaniem stabilności procesów komórkowych.

Międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez prof. Alessandro Cellerino ze Scuola Normale Superiore w Pizie oraz Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) w Jenie po raz pierwszy przeprowadził systematyczną analizę zmian związanych ze starzeniem w tkance serca rekina grenlandzkiego. Wyniki badania opublikowano na łamach czasopisma Aging Cell.

Naukowcy chcieli odpowiedzieć na fundamentalne pytanie: czy rekin grenlandzki jest chroniony przed typowymi procesami starzenia mięśnia sercowego – takimi jak włóknienie, stres oksydacyjny czy utrata funkcji – czy też jego organizm potrafi skutecznie kompensować skutki tych zmian.

W celu porównania badacze analizowali również dwa inne gatunki ryb. Pierwszym był turkusowy karpieńiec (Nothobranchius furzeri), klasyczny model laboratoryjny przyspieszonego starzenia, a drugim rekin latarniowy Etmopterus spinax, spokrewniony filogenetycznie z rekinem grenlandzkim, lecz żyjący znacznie krócej – około 10 lat.

Analizowano klasyczne markery starzenia komórkowego, w tym odkładanie lipofuscyny oraz poziomy 3-nitrotyrozyny, będącej wskaźnikiem stresu oksydacyjnego i nitrozacyjnego. Niskie poziomy tych markerów zwykle świadczą o sprawniejszych systemach antyoksydacyjnych, skuteczniejszej naprawie białek i struktur komórkowych oraz mniejszej kumulacji uszkodzeń w czasie.

Wyniki badania okazały się zaskakujące. Serce rekina grenlandzkiego wykazywało wyraźne strukturalne i molekularne cechy starzenia typowe dla bardzo starych organizmów. Zaobserwowano między innymi nasilone włóknienie mięśnia sercowego, czyli zwiększone odkładanie tkanki łącznej. Tego rodzaju zmiany zwykle prowadzą do zmniejszenia elastyczności mięśnia sercowego i upośledzenia funkcji pompowej.

Naukowcy wykryli także znaczne nagromadzenie lipofuscyny – tzw. pigmentu starczego – w komórkach mięśnia sercowego. Lipofuscyna powstaje wskutek niepełnego rozkładu elementów komórkowych i od dawna uznawana jest za jeden z klasycznych markerów starzenia komórek.

Dodatkowo stwierdzono oznaki uszkodzeń mitochondriów, określanych mianem „elektrowni komórkowych”, oraz powiększone lizosomy odpowiedzialne za degradację i recykling składników komórkowych. Oba te zjawiska wskazują na wieloletnie przeciążenie komórek i przewlekłą akumulację uszkodzeń.

Badacze odnotowali również podwyższone poziomy 3-nitrotyrozyny, będącej markerem nasilonego stresu oksydacyjnego i nitrozacyjnego. Oznacza to, że w tkance serca zachodziły intensywne procesy prowadzące do modyfikacji białek i uszkodzeń komórkowych.

„Analizowane próbki serca rekina grenlandzkiego wykazywały wyraźne klasyczne oznaki starzenia zarówno na poziomie molekularnym, jak i tkankowym” – podkreśla prof. Alessandro Cellerino. „Pokazuje to jednoznacznie, że także u tego gatunku zachodzą procesy starzenia mięśnia sercowego”.

Najbardziej niezwykłe było jednak to, że obecność tych zmian nie wiązała się z utratą funkcji życiowych. Badane osobniki pozostawały żywe i aktywnie pływały pomimo uszkodzeń, które u człowieka byłyby prawdopodobnie śmiertelne.

„Takie same uszkodzenia w ludzkim sercu byłyby nie do pogodzenia z życiem” – zaznacza prof. Cellerino. „Wyniki sugerują, że rekin grenlandzki nie jest chroniony przed samym procesem starzenia, lecz posiada niezwykłą zdolność kompensowania jego skutków”.

Wcześniejsze badania genomowe wykazały, że rekin grenlandzki dysponuje wyjątkowo rozwiniętymi mechanizmami naprawy DNA oraz utrzymywania stabilności genomu. Stwierdzono między innymi obecność zmian w genach związanych z naprawą DNA i ochroną komórek, a niektóre z nich występowały nawet w postaci dodatkowych kopii genowych. Mechanizmy te mogą umożliwiać skuteczniejsze wykrywanie oraz korekcję uszkodzeń genetycznych przez bardzo długi czas.

Zdaniem autorów badania odkrycie sugeruje, że ekstremalna długowieczność rekina grenlandzkiego nie wynika z „uniknięcia” starzenia biologicznego. Kluczowa wydaje się natomiast zdolność organizmu do długotrwałego tolerowania oraz kompensowania skutków uszkodzeń komórkowych.

Oznacza to, że biologiczna odporność organizmu – określana jako resilience – może być ważniejsza dla długowieczności niż całkowite zahamowanie procesów degeneracyjnych. Lepsze zrozumienie mechanizmów tej odporności mogłoby otworzyć nowe kierunki badań nad zdrowym starzeniem u ludzi oraz strategiami wydłużania okresu sprawności organizmu mimo postępujących zmian związanych z wiekiem.

Prof. Cellerino podkreślił również osobisty wymiar projektu badawczego. Jak zaznaczył, badania nad rekinem grenlandzkim zostały zapoczątkowane i rozwijane przez prof. Johna Flenga Steffensena z University of Copenhagen, który opisał ekstremalną długowieczność tego gatunku i był jedną z głównych sił napędowych badań nad jego biologią. Naukowiec zmarł w ubiegłym roku, a autorzy dedykowali publikację jego pamięci.

Źródło: Aging Cell, Resilience to Cardiac Aging in Greenland Shark Somniosus microcephalus
DOI: https://doi.org/10.1111/acel.70505