Когда гены играют против нас: парадокс антагонистического плейотропизма

Как вы думаете, почему мы стареем и как это связано с нашими генами?

Представьте, что один и тот же ген, который помогает нам в молодости, может стать причиной проблем в старости.

Добро пожаловать в мир антагонистического плейотропизма - феномена, объясняющего эту уникальную двойственность.

Антагонистический плейотропизм - это концепция в эволюционной биологии. Она относится к ситуации, когда один ген контролирует более одного признака у организма (это называется плейотропией), и эффекты этого гена на эти признаки противоположны друг другу или антагонистичны.

Эта теория считается одним из лучших объяснений эволюционного происхождения старения. Согласно теории антагонистической плейотропии, старение происходит как побочный эффект генов, которые полезны в молодости, но вредны позже в жизни.

Например, ген может увеличивать фертильность в молодости, давая репродуктивное преимущество, но он также может увеличивать вероятность определенных видов рака в старости. Это ситуация компромисса, когда выгода получается рано в жизни, а цена платится позже.

1. Предположим, что в нашем организме есть ген, способствующий накоплению кальция в костях. В молодости этот ген действует благоприятно, уменьшая вероятность переломов, однако его действие в старости приводит к нежелательным последствиям. Избыточная кальцификация суставов, вызванная его работой, может увеличить риск развития остеоартрита.

2. Бета-талассемия: Это кровяное расстройство вызывается мутацией и является примером антагонистической плейотропии. Мутация обеспечивает некоторую защиту от малярии, что является преимуществом в районах, где распространена малярия. Однако она также вызывает кровяное расстройство бета-талассемию, которое может привести к массе проблем со здоровьем.

3. Болезнь Гантингтона. Некоторые исследования предполагают, что ген, отвечающий за эту болезнь, при наличии меньшего числа повторов, может иметь положительные эффекты на функцию мозга, обеспечивая конкурентное преимущество. Однако когда число повторов в гене слишком велико, он вызывает болезнь Гантингтона - хроническое нейродегенеративное заболевание головного мозга, связанное с прогрессирующей гибелью клеток головного мозга. Болезнь чаще развивается в возрасте от 30 до 50 лет.

4. Сенесценция клеток: Это состояние, при котором клетки теряют свою способность к делению и нормальной работе. Считается, что это защитный механизм против рака, так как он предотвращает неконтролируемое деление поврежденных клеток. Однако накопление этих сенесцентных клеток со временем, как предполагается, способствует старению и различным возрастным заболеваниям.

5. Белок p53, с одной стороны имеет противораковые свойства, а с другой стороны, мешает делиться и обновляться стволовым клеткам. Таким образом, люди с эффективно функционирующим белком p53 реже сталкиваются с раком, но их биологическое старение происходит быстрее. Те же, у кого этот белок работает менее эффективно, чаще страдают от рака, но если они выживают, то становятся долгожителями. Подобную ситуацию можно наблюдать и с белком ароЕ: он улучшает когнитивные способности и увеличивает плодовитость в молодости, но с другой стороны, увеличивает вероятность развития болезни Альцгеймера в старости.

Таким образом, антагонистическая плейотропия описывает ситуации, когда ген оказывает противоположные эффекты на различные признаки, часто с выгодами рано в жизни и затратами позднее. Эта теория хорошо соотносится с концепцией квази-запрограммированного старения.

***

Надеюсь, что эта статья оказалось полезной и содержательной. Если есть что добавить — пишите в комментариях и подписывайтесь на Биохакинг на доступном на VC и одноименный Телеграм-канал.