Οι υπάρχουσες θεωρίες για τη γήρανση ανατρέπονται, κυρίως χάρη σε ένα μικρό εξαιρετικά ανθεκτικό βακτήριο που μπορεί να «επιστρέφει στη ζωή» μετά από εξαιρετικά επιβλαβείς επιθέσεις. Πρόκειται για το Deinococcus radiodurans, ένα από τα πιο ανθεκτικά βακτήρια που ζει σε άνυδρα περιβάλλοντα όπως η άμμος της ερήμου. Επιβιώνει σε κονσέρβες κρέατος μετά την επεξεργασία «σοκ» της αποστείρωσης με ακτινοβολία γάμμα. Μπορεί επίσης να ξεπεράσει μια δόση ακτινοβολίας 5.000 φορές μεγαλύτερη από τη θανατηφόρα δόση για τον άνθρωπο.
Aυτό το βακτήριο επιβιώνει ακόμη και αν το DNA του καταστραφεί και σπάσει σε αρκετές εκατοντάδες θραύσματα ως αποτέλεσμα βίαιου στρες. Σε λίγες μόνο ώρες, ανασυνθέτει ολόκληρη τη γενετική του σύνθεση και επιστρέφει στη ζωή. Το DNA του δεν είναι ανθεκτικό, απλά επισκευάζεται αμέσως από πρωτεΐνες που είναι άφθαρτες μπροστά στην ακραία ακτινοβολία. Άρα η ευρωστία του βακτηρίου οφείλεται στο «πρωτεΐνωμα» -το άθροισμα όλων των πρωτεϊνών του- και ειδικότερα στις πρωτεΐνες επιδιόρθωσης του DNA του. Αυτό υποδηλώνει ένα νέο παράδειγμα για τη μακροζωία στον άνθρωπο: πρέπει να προστατεύσουμε το πρωτεΐνωμα αντί για το DNA.
Η επιβίωση ενός οργανισμού εξαρτάται από τη δραστηριότητα των πρωτεϊνών του. Εάν ενεργούμε ενάντια στην αλλοίωσή τους η οποία είναι η ρίζα της γήρανσης, ενεργούμε ταυτόχρονα σε όλες τις συνέπειές της: για παράδειγμα, την επιβίωση και τη λειτουργία των κυττάρων, και αποφεύγουμε τις μεταλλάξεις που προκαλούνται από την ακτινοβολία.
Η γήρανση χαρακτηρίζεται από τη συσσώρευση γεγονότων που επιδεινώνουν τις λειτουργίες των οργάνων μας και, κατά συνέπεια, υπάρχει μια εκθετική αύξηση του κινδύνου θανάτου και ασθένειας με την πάροδο του χρόνου. Πολλά μοντέλα έχουν προταθεί για να εξηγήσουν τη μοριακή βάση της γήρανσης, όπως η θεωρία της κυτταρικής γήρανσης, η μείωση της ικανότητας επιδιόρθωσης του DNA, η βράχυνση των τελομερών, η μιτοχονδριακή δυσλειτουργία, το οξειδωτικό στρες και η χρόνια φλεγμονή.
Όλα αυτά τα διαφορετικά μοντέλα προσπαθούν να κατανοήσουν τις συνέπειες της γήρανσης και όχι τις αιτίες. Το επιστημονικό δόγμα «DNA -> RNA -> πρωτεΐνες», που αναφέρεται στις σχέσεις μεταξύ DNA, RNA και πρωτεϊνών και υποστηρίζει ότι αυτή η σχέση είναι μονής κατεύθυνσης (δηλαδή, από το DNA στις πρωτεΐνες μέσω RNA), αξίζει να επανεξεταστεί. Πράγματι, αντί να εστιάζουμε στο DNA και να προσπαθούμε να το προστατεύσουμε για να επιβραδύνουμε τη γήρανση μας, τι θα γινόταν αν προστατεύαμε το πρωτεΐνωμα;
Τι είναι το πρωτεΐνωμα ;
Ο όρος πρωτεΐνωμα αναφέρεται σε όλες τις πρωτεΐνες που υπάρχουν σε ένα κύτταρο ή οργανισμό. Οι πρωτεΐνες αντιπροσωπεύουν περίπου το 20% της μάζας του σώματος. Ο όρος επινοήθηκε κατ’ αναλογία με το γονιδίωμα: το πρωτεΐνωμα είναι για τις πρωτεΐνες ό,τι είναι το γονιδίωμα για τα γονίδια, δηλαδή το σύνολο των γονιδίων/πρωτεϊνών ενός ατόμου -αυτό το σύνολο πρωτεϊνών ποικίλλει ανάλογα με τη δραστηριότητα των γονιδίων.
Το πρωτεΐνωμα είναι μια δυναμική οντότητα, που προσαρμόζεται συνεχώς στις ανάγκες του κυττάρου και του περιβάλλοντός του. Οι πρωτεΐνες είναι απαραίτητα μόρια για την κατασκευή και τη λειτουργία όλων των ζωντανών οργανισμών. Περίπου 650.000 αλληλεπιδραστικά δίκτυα πρωτεΐνης-πρωτεΐνης έχουν εντοπιστεί σε διάφορους οργανισμούς, και 250.000 στον άνθρωπο. Οι πρωτεΐνες εκτελούν μια μεγάλη ποικιλία λειτουργιών.
Έχουν δομικό ρόλο. Πολλές πρωτεΐνες είναι βασικές για τη συντήρηση και τη συνοχή των ιστών μας. Για παράδειγμα, η ακτίνη και η τουμπουλίνη εμπλέκονται στην αρχιτεκτονική των κυττάρων. Η κερατίνη εμπλέκεται στην αρχιτεκτονική της επιδερμίδας, των μαλλιών και των νυχιών μας. Το κολλαγόνο είναι μια πρωτεΐνη που παίζει σημαντικό ρόλο στη δομή των οστών, του χόνδρου και του δέρματος.
Έχουν επίσης λειτουργικό ρόλο. Ενζυματικό (οι πρωτεάσες εμπλέκονται στον καθαρισμό των δυσλειτουργικών πρωτεϊνών), ορμονικό (η ινσουλίνη ρυθμίζει τη γλυκαιμία), μεταφορικό (οι ακουαπορίνες μεταφέρουν νερό στα διάφορα στρώματα του δέρματος) ή αμυντικό (οι ανοσοσφαιρίνες εμπλέκονται στην ανοσολογική απόκριση). Όλες οι ζωτικές λειτουργίες διασφαλίζονται από δραστηριότητα των πρωτεϊνών.
Η καρβονυλίωση
Η ισορροπία μεταξύ της σύνθεσης νέων πρωτεϊνών και της διάσπασής τους ονομάζεται πρωτεόσταση. Είναι απαραίτητο για το σώμα μας να λειτουργεί, αλλά αυτή η κατάσταση ισορροπίας είναι ευαίσθητη. Βρίσκεται υπό συνεχή απειλή, επειδή η πρωτεϊνική σύνθεση και αποικοδόμηση εξαρτώνται επίσης από πρωτεΐνες. Με την πάροδο του χρόνου, το πρωτεΐνωμα υποβάλλεται σε διάφορες αλλοιώσεις, η πιο τρομερή από τις οποίες είναι η καρβονυλίωση, μια μη αναστρέψιμη βλάβη που συνδέεται με την οξείδωση των πρωτεϊνών.
Οι καρβονυλιωμένες πρωτεΐνες τροποποιούνται μόνιμα και δεν μπορούν πλέον να επιτελούν σωστά τις βιολογικές τους λειτουργίες. Όταν υποστούν ανεπανόρθωτη βλάβη πρέπει να ανακυκλώνονται ή να αποβάλλονται από τον οργανισμό. Με την ηλικία, αυτή η αποβολή γίνεται πιο δύσκολη και μπορούν να συσσωρευτούν με τη μορφή τοξικών συσσωματωμάτων που παρεμβαίνουν στην κυτταρική φυσιολογία και επιταχύνουν τη γήρανση. Πάνω από κάποιο όριο, αυτά τα συσσωματώματα είναι επιβλαβή για τον οργανισμό: εμφανίζεται μια κατάσταση πρωτεοτοξικότητας.
Η απώλεια της πρωτεόστασης, δηλαδή η ισορροπία μεταξύ της σύνθεσης νέων πρωτεϊνών και της αποδόμησής τους, λόγω της συσσώρευσης πρωτεϊνικών συσσωματωμάτων, είναι η κεντρική αιτία γήρανσης και εκφυλιστικών ασθενειών. Αυτά τα συσσωματώματα καρβονυλιωμένων πρωτεϊνών βρίσκονται στις περισσότερες ασθένειες που σχετίζονται με την ηλικία, καθώς και στα κύρια σημάδια γήρανσης του δέρματος.
Μέχρι τώρα η άποψη για τη γήρανση επικεντρωνόταν στο γονιδίωμα, αλλά πρόσφατη έρευνα για το πρωτεΐνωμα εισάγει τη σημασία της συσσώρευσης των κατεστραμμένων πρωτεϊνών ως βασικό παράγοντα στη διαδικασία γήρανσης.
Για να εκτελέσουν σωστά τις πολλές εργασίες τους, οι πρωτεΐνες πρέπει να διπλωθούν σε μια σειρά σχημάτων και να βοηθηθούν από εξειδικευμένες πρωτεΐνες που ονομάζονται «συνοδοί» και βοηθούν τις πρωτεΐνες μετά τη σύνθεσή τους από τα ριβοσώματα ή τη σωστή αναδίπλωση τους μετά από στρες, όπως η θερμότητα. Ο όρος “συνοδό μόριο” (chaperone molecule) είναι γαλλικής προέλευσης, αν και προτάθηκε από τους John Ellis και Sean Hemmingsen. Έχει υιοθετηθεί επειδή ο ρόλος του είναι να αποτρέπει ανεπιθύμητες αλληλεπιδράσεις και να σπάζει τυχόν λανθασμένους δεσμούς που μπορεί να σχηματιστούν, όπως ένας ανθρώπινος συνοδός. Εν ολίγοις, οι συνοδοί είναι οι γιατροί των κακοσχηματισμένων πρωτεϊνών.
Επιστρέφοντας στο βακτήριο Deinococcus radiodurans, οι συνοδοί παίζουν βασικό ρόλο στην προστασία των πρωτεϊνών από την καρβονυλίωση, αποτρέποντας την έκθεση των αμινοξέων τους σε ελεύθερες ρίζες ή αντιδραστικά είδη οξυγόνου (ROS). Με αυτόν τον τρόπο, μειώνουν την ευαισθησία σε ζημιές. Ταυτόχρονα, η αντιοξειδωτική τους αποτελεσματικότητα εξουδετερώνει τα αίτια της καρβονυλίωσης.
Αυτές οι αντιοξειδωτικές πρωτεΐνες συνοδού αποτελούν ένα αποτελεσματικό μέσο προστασίας για το πρωτεΐνωμα, παρέχοντας τόσο φυσική προστασία για τη λειτουργική δομή των πρωτεϊνών όσο και αντιοξειδωτική ασπίδα συνδεδεμένη με πρωτεΐνες που προστατεύει από βλάβες όπως η καρβονυλίωση. Στο Deinococcus radiodurans, επειδή το πρωτεΐνωμα προστατεύεται από την οξειδωτική βλάβη με τα μόρια των συνοδών, παραμένει άθικτο και μπορεί στη συνέχεια να επιδιορθώσει τη βλάβη στο γονιδίωμά του. Μέσα σε λίγες ώρες μπορεί να ανανεωθεί. Πέρα από το γονιδίωμα, η προστασία των πρωτεϊνών μας μπορεί πλέον να θεωρηθεί ως το κλειδί για την υγεία και τη μακροζωία μας.
