Крупные породы собак, такие как датские доги и мастифы, обычно живут меньше десяти лет, тогда как чихуахуа могут прожить вдвое дольше. Причины, по которым большие собаки умирают раньше маленьких, долгое время оставались неясными, однако новые данные помогают приблизиться к разгадке.
Исследование, опубликованное в четверг (8 октября) в журнале Science, было посвящено химическому коду, записанному поверх ДНК собак. Этот код, называемый метиломом, состоит из химических меток — метильных групп, которые присоединяются к строительным блокам ДНК. Белки постоянно обращаются к ДНК, считывая записанную в ней информацию и перенося эти данные для создания новых белков для клетки, но метильные группы могут работать как небольшие преграды, останавливающие этот процесс.
Эти группы относятся к одному из типов эпигенетических маркеров, которые в совокупности помогают управлять активностью генов, а их расположение на ДНК предсказуемо меняется с возрастом животных, рассказал Live Science соавтор работы Блейз Маринер, биоинформатик из Университета штата Аризона. В многочисленных исследованиях на разных видах, включая человека, учёные использовали эти данные для построения эпигенетических часов, отслеживающих биологический возраст животных.
Собаки оказались удобным видом для изучения старения, поскольку их владельцы тщательно следят за тем, что питомцы едят, как живут и как меняется их здоровье со временем. Маринер и его коллеги построили эпигенетические часы на основе ДНК из образцов крови, взятых у 894 собак — участников долгосрочного проекта Dog Aging Project, базирующегося в Вашингтонском университете. Эти образцы показали, как стареют иммунные клетки собак, которые патрулируют весь организм и потому служат хорошим показателем системного старения, пояснил соавтор работы Ноа Снайдер-Маклер, геномист из Университета штата Аризона.
Команда выяснила, что изменения метилирования ДНК тесно связаны с биологическим старением: у собак с эпигенетическим возрастом выше ожидаемого был повышен риск смерти от любых причин. При сравнении того, как стареют собаки разного размера, проявились отчётливые различия. «Используя наш биомаркер, эти эпигенетические часы, мы увидели, что крупные собаки старели немного быстрее за каждый год жизни, чем мелкие», — сказал Снайдер-Маклер. Ключевым эпигенетическим изменением, связанным с большим размером тела, стала потеря метильных групп на участках ДНК, называемых транспозонами. Эти элементы, также известные как «прыгающие гены», способны перемещаться по геному, но метильные группы помогают их останавливать. Когда метилирование теряется, прыгающие гены могут стать слишком активными и повредить другие гены, вызывая воспаление — процесс, который усиливается с возрастом. Таким образом, новые данные позволяют предположить, что вышедшие из-под контроля прыгающие гены могут способствовать ускоренному старению крупных собак.
У стареющих собак одни участки генома с небольшим числом химических меток становились более метилированными, тогда как другие, ранее насыщенные метильными группами, постепенно их теряли. Кроме того, по крайней мере на эпигенетическом уровне иммунные клетки собак с возрастом становились более похожими друг на друга. Маринер назвал эту «потерю клеточной идентичности» одной из ключевых гипотез о том, что происходит с организмом при старении. Иммунные клетки строго специализированы для разных задач, например для предотвращения рака или уничтожения вирусов, и по мере того как они становятся более похожими, они хуже справляются со своими специализированными функциями, о чём свидетельствуют исследования. Люди выводили крупных собак ради размера, и, по словам Снайдер-Маклера, эта гонка за крупным телом могла иметь свою цену. «Их организму приходится идти на компромисс между очень быстрым ростом и его поддержанием, — сказал он, — и вложениями в иммунную систему и целостность организма». Пока это лишь гипотеза, поскольку текущее исследование напрямую не отвечает на вопрос, почему эпигенетическое старение крупных собак стало таким.
Теперь команда хочет построить более информативные часы по мере того, как Dog Aging Project будет набирать новых собак для длительного наблюдения. Снайдер-Маклер отметил, что данные команды сейчас объясняют лишь часть различий в эпигенетическом возрасте собак. «Что мы действительно хотим узнать, так это что объясняет остальную часть этой вариации», — сказал он. По его словам, команда также стремилась создать прогностические модели, которые помогли бы владельцам собак предвидеть связанные с возрастом проблемы со здоровьем питомцев. То, что учёные узнают о собаках из этих исследований, может помочь понять и старение человека. Отчасти это связано с тем, что собаки болеют некоторыми теми же болезнями, что и люди, но главным образом потому, что они делят с человеком жилое пространство и окружающую среду. «Мы начнём изучать на молекулярном уровне, как эти воздействия окружающей среды или жизненный опыт влияют на здоровье и старение собак, что будет напрямую применимо к людям, живущим в тех же самых условиях», — сказал Снайдер-Маклер. «Большинство людей любят собак, — добавил он. — Это значит, что мы можем получить о них много действительно хороших данных».