Sebuah studi dalam model C. elegans menunjukkan bahwa keseimbangan mRNA dalam sel mempengaruhi umur

Mengapa sebagian orang hidup lebih lama daripada yang lain? Gen dalam DNA kita penting dalam membantu kita terhindar dari penyakit dan menjaga kesehatan secara keseluruhan, tetapi perbedaan dalam urutan genom menjelaskan kurang dari 30% variasi alami dalam rentang hidup manusia.

Menyelidiki efek penuaan pada tingkat molekuler dapat mengungkap variasi rentang hidup, tetapi mengumpulkan data dengan kecepatan, skala, dan kualitas yang dibutuhkan untuk mempelajarinya pada manusia adalah mustahil. Jadi, para peneliti beralih ke cacing (Caenorhabditis elegans). Manusia memiliki banyak kesamaan biologis dengan makhluk kecil ini, yang juga memiliki variasi alami yang besar dalam rentang hidup.

Para peneliti di Centre for Genomic Regulation (CRG) memantau ribuan cacing yang identik secara genetik dalam lingkungan yang terkontrol. Bahkan ketika pola makan, suhu, dan paparan predator serta patogen sama untuk semua cacing, banyak dari mereka tetap hidup lebih lama atau lebih pendek dari rata-rata.

Studi ini menelusuri akar penyebab variasi ini hingga perubahan kadar mRNA dalam sel germline (sel yang terlibat dalam reproduksi) dan sel somatik (sel yang membentuk tubuh). Keseimbangan mRNA antara kedua jenis sel ini terganggu, atau "tidak terhubung," seiring berjalannya waktu, yang menyebabkan beberapa individu menua lebih cepat daripada yang lain. Temuan ini dipublikasikan dalam jurnal Cell.

Studi tersebut juga menemukan bahwa tingkat dan kecepatan proses decoupling diatur oleh sekelompok sedikitnya 40 gen yang berbeda. Gen-gen ini memainkan banyak peran berbeda dalam tubuh, mulai dari metabolisme hingga sistem neuroendokrin. Namun, studi ini adalah yang pertama kali menunjukkan bahwa semuanya berinteraksi sehingga menyebabkan beberapa individu hidup lebih lama daripada yang lain.

Mematikan beberapa gen meningkatkan masa hidup cacing, sementara mematikan gen lain memperpendeknya. Hasil ini menunjukkan kemungkinan yang mengejutkan: perbedaan alami dalam penuaan pada cacing mungkin mencerminkan keacakan dalam aktivitas banyak gen yang berbeda, sehingga tampak bahwa individu telah mengalami banyak gen yang dimatikan.

"Apakah seekor cacing dapat hidup hingga 8 atau 20 hari tergantung pada perbedaan yang tampak acak dalam aktivitas gen-gen ini. Beberapa cacing tampaknya hanya beruntung karena memiliki rangkaian gen yang tepat yang diaktifkan pada waktu yang tepat," kata Dr. Matthias Eder, penulis pertama makalah tersebut dan seorang peneliti di Centre for Genomic Regulation.

Menghilangkan tiga gen—aexr-1, nlp-28, dan mak-1—memberikan dampak yang sangat dramatis pada variasi rentang hidup, mengurangi rentang dari sekitar 8 hari menjadi hanya 4 hari. Daripada memperpanjang hidup semua individu secara seragam, menghilangkan salah satu gen ini secara signifikan meningkatkan rentang hidup cacing yang berumur pendek, sementara rentang hidup cacing yang berumur paling panjang tetap hampir tidak berubah.

Para peneliti mengamati efek yang sama pada rentang kesehatan, periode kehidupan yang dihabiskan dalam keadaan sehat dan bukan hanya dalam kehidupan fisik. Menghilangkan satu gen saja sudah cukup untuk meningkatkan penuaan sehat secara tidak proporsional pada cacing dengan rentang kesehatan yang rendah.

"Ini bukan tentang membuat cacing abadi, ini tentang membuat proses penuaan lebih adil daripada sekarang. Kami pada dasarnya melakukan apa yang dilakukan dokter - mengambil cacing yang akan mati lebih awal daripada rekan-rekan mereka dan membuat mereka lebih sehat, membantu mereka hidup lebih dekat dengan umur potensial maksimum mereka. Namun, kami melakukannya dengan menargetkan mekanisme biologis yang mendasari penuaan, daripada hanya mengobati orang yang sakit. Ini pada dasarnya membuat populasi lebih seragam dan berumur lebih panjang," kata Dr. Nick Stroustrup, penulis senior studi dan pemimpin tim di Center for Genomic Regulation.

Studi tersebut tidak membahas mengapa menonaktifkan gen tampaknya tidak memberikan dampak negatif terhadap kesehatan cacing.

"Beberapa gen dapat berinteraksi untuk menyediakan redundansi bawaan setelah usia tertentu. Mungkin juga gen tidak dibutuhkan oleh individu yang tinggal di lingkungan yang aman dan nyaman, seperti laboratorium. Dalam kondisi alam liar yang keras, gen-gen ini mungkin lebih penting untuk bertahan hidup. Ini hanyalah beberapa teori yang berlaku," kata Dr. Eder.

Para peneliti membuat penemuan mereka dengan mengembangkan metode yang mengukur molekul RNA dalam berbagai sel dan jaringan, menggabungkannya dengan "Lifespan Machine," sebuah perangkat yang melacak seluruh kehidupan ribuan nematoda sekaligus. Cacing-cacing tersebut hidup dalam cawan petri di dalam mesin, di bawah mata pemindai.

Perangkat ini merekam nematoda setiap jam, mengumpulkan banyak data tentang perilaku mereka. Para peneliti berencana untuk membuat mesin serupa untuk mempelajari penyebab molekuler penuaan pada tikus, yang biologinya lebih mirip dengan manusia.