Каждый день люди подвергаются воздействию множества химических веществ, как натуральных, так и синтетических. Некоторые из этих соединений могут влиять на физическое развитие человека, но испытывать их непосредственно на людях было бы крайне неэтично.
Чтобы обойти эту дилемму, исследователи из Института Бойса Томпсона использовали Caenorhabditis elegans, почвенную аскариду, чтобы показать, что крошечные количества природных соединений могут существенно влиять на время достижения половой зрелости и продолжительность жизни.
Как описано в августовском номере журнала Nature Chemical Biology, исследователи из лаборатории профессора BTI Фрэнка Шредера и лаборатории Ильи Рувинского в Северо-Западном университете обнаружили, что соединение, выделяемое самцами червей - и, в меньшей степени, их аналогами-гермафродитами - ускоряет яйцекладки и ускоряет гибель гермафродитов.
Хотя это открытие было сделано на C. elegans, люди и другие животные производят аналогичные соединения и обладают сходными молекулярными путями. «Это означает, что и у людей крошечные количества небольших молекул из окружающей среды, производимых микробами в нашем организме или воспринимаемых как побочный эффект социальных взаимодействий, могут влиять на время полового созревания и темпы нашего угасания», - сказал Шредер..
Работа была инициирована Андреасом Людевигом, научным сотрудником лаборатории Шредера, который ранее обнаружил, что высокая плотность популяции червей ускоряет развитие и сокращает продолжительность жизни гермафродитов. Параллельно с этим группа Рувински обнаружила, что самцы вызывают аналогичный эффект.
Две группы объединили свои усилия и обнаружили ответственное соединение, N-ацилированный глютамин, названный nacq1.
Исследователи обнаружили, что чрезвычайно низкие концентрации nacq1, вплоть до 10 пикомолей, сокращают время, необходимое червям для достижения половой зрелости. В результате более ранней половозрелости черви отложили на 30% больше яиц в первый день яйцекладки, что при некоторых условиях среды может быть существенным преимуществом для вида с жизненным циклом всего около двух недель.
Кроме того, nacq1 запускает «пробуждение» C. elegans, находящегося в спячке, и, таким образом, может служить сигналом того, что в окружающей среде достаточно ресурсов для роста и размножения червей.
Примечательно, что nacq1 также значительно сократил продолжительность жизни червей примерно на одну шестую (13,6 дня против 16,3 дня).
«Результаты предполагают компромисс между инвестициями животных в репродуктивный успех за счет долголетия, отношения, которые точно настраиваются небольшими молекулами в ответ на изменения в окружающей среде», - сказал Шредер..
Исследователи также определили, что C. elegans обнаруживают nacq1 своими хемосенсорными органами, которые аналогичны носу или вкусовым сосочкам, а затем соединение включает молекулярный сигнальный путь, который запускает гормональные рецепторы на поверхности кожи. ядерные мембраны клеток.
«Рецепторы ядерных гормонов регулируют экспрессию генов», - сказал Людевиг. «Это конкретное подсемейство рецепторов было высококонсервативным на протяжении всей истории эволюции и включает рецепторы у людей, такие как рецептор витамина D и рецептор Х печени, которые координируют развитие позвоночных».
Кроме того, структура nacq1 аналогична многочисленным соединениям, которые существуют у многих животных, включая соединение в человеческом поте.
Поскольку nacq1 и связанные с ним ядерные рецепторы очень похожи у C. elegans и человека, незначительное количество малых молекул может аналогичным образом влиять на развитие человека и продолжительность жизни.
«За последние 150 лет люди вступали в половую зрелость все раньше и раньше», - сказал Людевиг. «Никто не знает причину этой тенденции, но, вероятно, она вызвана экологическими раздражителями».
Следующими шагами исследователей будет определение оставшихся частей молекулярного пути, который соединяет сенсорное восприятие nacq1 и ядерных рецепторов гормонов, определение генов, которые включают и выключают восприятие nacq1, и изучение роль подобных молекул в других видах.
В дополнение к своей должности в BTI, Шредер является профессором химии и химической биологии в Корнельском университете.
Исследование было частично поддержано грантами Национального института здравоохранения R01GM113692, R01GM088290, T32GM008500 и R01GM126125, а также грантами Национального научного фонда (NSF) IOS-1708518 и IOS-1755244.