Авторы статьи в PNAS провели опыты на паразитоидных осах Nasonia vitripennis и обнаружили, что диапауза — временная остановка развития личинки, нужная для пережидания неблагоприятных условий, — замедляет эпигенетические часы. У особей, прошедших диапаузу на личиночной стадии, эпигенетические часы, основанные на метилировании ДНК, показывали ускоренное старение сразу после выхода взрослой особи из куколки, но за несколько дней оно замедлялось. Также у взрослых особей, прошедших диапаузу, была выше продолжительность жизни. Регуляция эпигенетического старения окружающей средой делает Nasonia удобной моделью для подробного изучения его механизмов.
Изображение:
Самка Nasonia vitripennis.
Credit:
M.E.Clark, commons.wikimedia.org | public domain
Эпигенетические часы, основанные на метилировании ДНК, служат надежными биомаркерами биологического возраста — он часто опережает хронологический — и состояния здоровья. Однако механизмы их работы и значение замедления эпигенетического старения остаются недостаточно изученными. Одна из причин этого — ограничения классических модельных организмов. Например, такие беспозвоночные, как дрозофила и нематоды, полезны из-за короткого жизненного цикла и возможности генетической модификации, однако метилирование ДНК у них минимально, что исключает их использование для изучения эпигенетических механизмов старения. Исследователи из Университета Лестера предложили использовать в качестве модели осу-наездника Nasonia vitripennis — у этого насекомого короткая жизнь, хорошо изученный геном и полноценная система метилирования ДНК. Это делает ее перспективным организмом для исследования процессов эпигенетического старения.
Недавно ученые создали для Nasonia эпигенетические часы — первый вариант такого биомаркера старения у насекомых. Теперь же они проверили, влияет ли на эпигенетическое старение диапауза — естественная остановка развития личинки из-за условий окружающей среды. У разных видов диапауза связана с изменением продолжительности жизни и известными путями старения, такими как инсулин/IGF и mTOR. У Nasonia она сопровождается масштабным перепрограммированием метилирования ДНК.
Исследователи индуцировали диапаузу у личинок осы, инкубируя их при температуре 20 °C — в состоянии диапаузы личинки проводили три месяца, после чего их переносили в комфортные условия и давали развиться взрослой особи. Выяснилось, что прохождение диапаузы на стадии личинки значительно продлевает жизнь взрослых насекомых — риск смерти снижается примерно на 65% по сравнению с контрольной группой. Медиана выживания в группе с диапаузой составила 30 дней, у контрольных — 22 дня. «Это показывает, что старение не является чем-то неизменным, его можно замедлить воздействием окружающей среды еще до наступления зрелости» — отмечает профессор эволюционной биологии Имонн Мэллон, старший автор исследования. Таким образом, Nasonia становится мощной моделью для изучения механизмов пластичности эпигенетического старения.
Исследователи проанализировали паттерны метилирования ДНК при помощи полногеномного бисульфитного секвенирования, которое проводили в пяти временных точках после выхода взрослой особи из куколки. С помощью линейной модели они выявили участки ДНК, где метилирование связано с возрастом, и идентифицировали CpG-сайты, сильно коррелировавшие с хронологическим возрастом в контрольной группе. Построенная по этим данным модель для предсказания хронологического возраста насекомых оказалась точной как для контрольных ос, так и для особей, прошедших диапаузу.
На 6-й день после выхода из куколки насекомые из группы диапаузы выглядели «старше» по эпигенетическим показателям примерно на 2,8 дня по сравнению с контролем. Исследователи предлагают два объяснения этому — либо в диапаузе происходит эпигенетическое старение, хотя и замедленное, либо временное ремоделирование ДНК происходит сразу после выхода из диапаузы.
Однако потом у особей, прошедших диапаузу, замедляется темп старения — оно проходит примерно на 29% медленнее, чем у остальных. К 18 дню эпигенетический возраст у обеих групп сравнивается, а к 30 дню группа с диапаузой оказывалась «моложе» на 2,7 дня.
Такое замедление старения может объяснить значительное повышение выживаемости. Для Nasonia эта разница в один день — существенная часть жизни, поэтому влияние эпигенетического возраста на долгожительство вполне реально.
Таким образом, диапауза у осы Nasonia существенно продлевает жизнь, снижая риск смерти на 65%. Это связано с замедлением эпигенетического старения: после выхода из диапаузы темп накопления возрастных изменений в ДНК снижается почти на треть. В начале выхода из диапаузы отмечается временное ускорение эпигенетического старения, но затем оно значительно замедляется, что приводит к более низкому биологическому возрасту и большей выживаемости взрослых особей. Таким образом, диапауза выступает как механизм, замедляющий биологическое старение и способствующий увеличению продолжительности жизни насекомых.
Источник
E.E.B. Foley, et al., Larval diapause slows adult epigenetic aging in an insect model, Nasonia vitripennis. // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (31) e2513020122 (2025). DOI: 10.1073/pnas.2513020122
Цитата по пресс-релизу