Стрессоустойчивость - путь к бездетности

Испанские ученые выяснили, почему во время стресса организмы не могут размножаться. Оказывается, это им не дают делать шапероны — белки, занимающиеся ремонтом других белков, которые оказываются поврежденными. Дело в том, что когда этих белков становится много, они "выключают" самые разные гены. В том числе и те, что нужны для размножения.

Фото:

О том, что любой длительный стресс понижает способность организма к размножению, было известно достаточно давно. Но вот почему это происходит, никто не знал. И хотя эта реакция кажется вполне логичной — когда плохо, то нужно о собственном выживании думать, а не о передаче генов потомкам, тем не менее ученых всегда интересовало, каков ее механизм на молекулярном уровне.

И вот недавно ученые из Центра регуляции генома в Барселоне (Испания), похоже, смогли разобраться, в чем тут дело. Они провели любопытное исследование на особях нематод (круглых червей) Caenorhabditis elegans. Напомню, что этот микроскопический червячок является самым изученным животным в мире — ученые знают практически все о работе его клеток, белков и генов. Неудивительно, что именно он и был выбран в качестве "подопытного кролика".

В эксперименте участвовало несколько групп нематод, которых в течение длительного времени подвергали разнообразному стрессовому воздействию (тепловому, осмотическому, токсическому и т. п.). Биологи внимательно следили за тем, что происходило с каждой особью при этом воздействии. В результате каждую группу получилось разделить на две подгруппы.

Первую из них составляли особи, которые хорошо справлялись со стрессом и после воздействия жили достаточно долго. Однако они куда медленнее росли, развивались и практически не размножались. Вторую же подгруппу формировали черви, достаточно плохо переносящие стресс — они очень быстро погибали при воздействии, однако успевали перед этим оставить множество потомков (впрочем, в большинстве случаев, таких же неустойчивых к стрессу, как и их родители).

Ученых заинтересовало, почему реакция популяций на стресс была именно такой. Для того чтобы выяснить это, они исследовали процессы, проходившие в клетках ценорабдитисов из обеих подгрупп во время воздействия. И тут обнаружилось, что у нематод из первой подгруппы во всем организме был повышен уровень шаперонов — белков, помогающих переносить стрессовые ситуации. А у особей из второй подгруппы их было на несколько порядков меньше.

Напомню, что шапероны (их еще называют his-белками) синтезируются клеткой в любой стрессовой ситуации. Дело в том, что при подобных воздействиях множество необходимых белков повреждается, и, видимо, это являются сигналом для зпуска работы HIS-генов, в которых хранится информация о шаперонах.

Шапероны работают по-разному, однако в общих чертах их деятельность можно охарактеризовать так: обнаружив поврежденный белок, шаперон подходит к нему, в буквальном смысле этого выражения заключает в свои объятия (то есть помещает внутрь своей молекулы) и начинает процесс ремонта повреждений. При этом необходимы молекулы АТФ (вещества, хранящего запасы энергии), поскольку все реакции, что катализирует шаперон, весьма энергозависимы.

Уже давно было известно, что у нематод шапероны также могут регулировать активность ДНК — когда их много, они "выключают" разные гены, делая недоступным их считывание. Это является необходимым действием во время стресса, ибо если поврежденный белок вдруг начнет считывать с ДНК информацию, то высока вероятность того, что он сделает это неправильно.

Именно эта особенность шаперонов, скорее всего, и приводит к приостановке размножения — ведь если в предшественниках половых клеток во время стресса будет много "молчащих" генов, то они просто не смогут превратиться в сами половые клетки.

Другим возможным способом, который используют шапероны для того, чтобы остановить подготовку к размножению, является то, что они, ремонтируя белки, используют большинство АТФ, вырабатываемых клеткой в данный момент. То есть "перетягивают на себя" все основные энергоресурсы клетки. А ведь для того, чтобы подготовиться к размножению, тоже нужно очень много энергии. Но, получается, что взять ее неоткуда — все снабжение "переорентировано" на шапероны.

Испанские биологи считают, что подобные процессы, когда при ремонте белков становится невозможным размножение, выгодно виду в целом. Действительно, когда все идет хорошо и внешняя среда не преподносит никаких неприятных сюрпризов, нематоды интенсивно увеличивают свою численность. И, разумеется, чем больше потомков, тем сильнее общая генетическая изменчивость в популяции.

Если же условия среды изменяются на стрессовые, производительность нематод резко падает, при этом уменьшается и поток мутаций, переходящих следующему поколению. А то, что мутаций может быть много — так это очевидно, поскольку большая часть белков, в том числе и работающих с ДНК, оказывается поврежденной. Так что при стрессе главной задачей становится пережить его и не подставлять под удар потомство: ведь вполне вероятно, что какая-нибудь мутация в следующем поколении ослабит защиту от данной разновидности стрессового воздействия.

А поскольку уже давно известно, что шапероны более или менее сходны у всех живых существ, исследователи предполагают, что и у человека на молекулярном уровне может осуществляться то же переключение между стратегией выживания индивидуума и его плодовитостью. Это, кстати, очень хорошо объясняет так называемую "демографическую яму больших городов". Данное явление можно охарактеризовать так: чем больше людей живет в городе, тем меньше детей в нем рождается.

Интересно, что подобная "яма" характерна для всех мегаполисов мира — доказано, что численность населения там давно уже поддерживается (и даже увеличивается) не естественным путем, а за счет миграций. То есть если бы, например, в Токио, Москву и Нью-Йорк просто бы запретили приезжать всем желающим и селиться там, то число жителей следующего поколения было бы в три-пять раза меньше, чем таковое предыдущего. Да что мегаполисы — расчеты показывают, что уже в городе, где живет 100 тысяч человек, рождаемость может быть сильно ниже смертности (хотя, конечно, это зависит и от других факторов).

Некоторые думают, что в падении рождаемости в больших городах виноваты загрязнение окружающей среды (в том числе и электронное), некачественные продукты питания и т. п. Однако вряд ли дело только в этом — согласно историческим документам, снижение рождаемости при увеличении жителей было характерно и для городов античной и средневековой эпох. По всей видимости, ключевым механизмом здесь является стресс от самого факта перенаселения (о том, почему он возникает, вы можете прочесть в статье "Жалость и симпатию можно "выключить"").

Ну, а раз есть стресс, то значит количество шаперонов всегда будет высоким. И это будет препятствовать размножению организмов. Ибо, как гласит народная мудрость, при стрессе "не до жиру — быть бы живу"…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"