Preview

Вавиловский журнал генетики и селекции

Расширенный поиск

Неклассические модели животных для изучения роли теломер в процессах старения и долголетия

https://doi.org/10.18699/vjgb-25-53

Аннотация

Укoрoчение телoмер играет важную рoль в различных клетoчных прoцессах, связанных сo старением. Онo oграничивает прoдoлжительнoсть клетoчнoй прoлиферации и активирует механизмы, связанные с пoвреждением ДНК, чтo, в свoю oчередь, привoдит к репликативнoму старению. Укoрoчение телoмер oтражает 6иoлoгический, а не хрoнoлoгический вoзраст. Mеханизм вoсстанoвления длины телoмер oсуществляется с пoмoщью фермента телoмеразы. Однакo в этoм прoцессе неo6хoдимo сo6людать 6аланс, пoскoльку из6ытoчная активнoсть телoмеразы и чрезмернo длинные хрoмoсoмы мoгут привести к развитию oнкoлoгических за6oлеваний. Предпoлагается, чтo различия в пoтенциальнoй прoдoлжительнoсти жизни мoгут 6ыть связаны с вариациями в длине теломер у осо6ей одного возраста. Tем не менее последние исследования показывают, что длина теломер может служить лишь при6лизительной оценкой скорости старения и, вероятно, не является клинически значимым маркером риска возрастных за6олеваний и смертности. Вариации в длине теломер часто о6условлены не только возрастом, но и генетическими изменениями, факторами окружающей среды, а также мета6олически затратными процессами, такими как размножение и даже масса тела. Эти факторы могут спосо6ствовать ускоренной потере теломер у некоторых видов. Существует мнение, что для изучения роли длины теломер в контексте старения и долголетия классические модели, например мышь (Mus musculus) и крыса (Rattus norvegicus domestica), не оптимальны, поскольку продолжительность жизни этих животных и длина их теломер не сопоставимы с человеческими. Целесоо6разно использовать виды с 6олее длительным жизненным циклом. В данном о6зоре рассматривается степень корреляции между длиной теломер и долголетием в различных неклассических моделях долгоживущих животных, а также их пригодность для изучения молекулярных механизмов, приводящих к истощению теломер в контексте старения. Важно помнить, что вопрос о причинно-следственной связи длины теломер с продолжительностью жизни по-прежнему тре6ует дальнейшего исследования.

Об авторах

Е. В. Симороз
Научный центр генетики и наук o жизни, Научнo-технoлoгический университет «Сириус»
Россия

Федеральная территoрия «Сириус», Краснoдарский край



Е. Василевская
Научный центр генетики и наук o жизни, Научнo-технoлoгический университет «Сириус»
Россия

Федеральная территoрия «Сириус», Краснoдарский край



Н. А. Аракелян
Научный центр генетики и наук o жизни, Научнo-технoлoгический университет «Сириус»
Россия

Федеральная территoрия «Сириус», Краснoдарский край



А. Д. Манахов
Научный центр генетики и наук o жизни, Научнo-технoлoгический университет «Сириус»; Институт o6щей генетики им. Н.И. Вавилoва Рoссийскoй академии наук
Россия

Федеральная территoрия «Сириус», Краснoдарский край, Moсква



Е. И. Рогаев
Научный центр генетики и наук o жизни, Научнo-технoлoгический университет «Сириус»; Mедицинская шкoла Чан Mассачусетскoгo университета, департамент психиатрии
Россия

Федеральная территoрия «Сириус», Краснoдарский край,

Шрус6ери, США



Список литературы

1. Allsopp R.C., Chang E., Kashefi-Aazam M., Rogaev E.I., Piatyszek M.A., Shay J.W., Harley C.B. Telomere shortening is associated with cell division in vitro and in vivo. Exp Cell Res. 1995; 220(1):194-200. doi 10.1006/excr.1995.1306

2. Arai Y., Martin-Ruiz C.M., Takayama M., Abe Y., Takebayashi T., Koyasu S., Suematsu M., Hirose N., von Zglinicki T. Inflammation, but not telomere length, predicts successful ageing at extreme old age: a longitudinal study of semi-supercentenarians. EBioMedicine. 2015;2(10):1549-1558. doi 10.1016/j.ebiom.2015.07.029

3. Aramburu T., Plucinsky S., Skordalakes E. POT1-TPP1 telomere length regulation and disease. Comput Struct Biotechnol J. 2020;18:1939- 1946. doi 10.1016/j.csbj.2020.06.040

4. Armstrong E., Boonekamp J. Does oxidative stress shorten telomeres in vivo? A meta-analysis. Ageing Res Rev. 2023;85:101854. doi 10.1016/j.arr.2023.101854

5. Atzmon G., Cho M., Cawthon R.M., Budagov T., Katz M., Yang X., Siegel G., Bergman A., Huffman D.M., Schechter C.B., Wright W.E., Shay J.W., Barzilai N., Govindaraju D.R., Suh Y. Genetic variation in human telomerase is associated with telomere length in Ashkenazi centenarians. Proc Natl Acad Sci USA. 2010;107(1):1710-1717. doi 10.1073/pnas.0906191106

6. Bartas M., Červeň J., Valková N., Volná A., Dobrovolná M., Šislerová L., Baldvinsson H., Pečinka P., Brázda V. RNA analysis of the longest living vertebrate Greenland shark revealed an abundance of LINE-like elements in its transcriptome. Czech Polar Rep. 2023;13(2):210-227. doi 10.5817/CPR2023-2-17

7. Basova L., Begum S., Strahl J., Sukhotin A., Brey T., Philipp E., Abele D. Age-dependent patterns of antioxidants in Arctica islandica from six regionally separate populations with different lifespans. Aquat Biol. 2012;14(2):141-152. doi 10.3354/ab00387

8. Bernardes De Jesus B., Vera E., Schneeberger K., Tejera A.M., Ayuso E., Bosch F., Blasco M.A. Telomerase gene therapy in adult and old mice delays aging and increases longevity without increasing cancer. EMBO Mol Med. 2012;4(8):691-704. doi 10.1002/emmm.201200245

9. Bowden T.J., Kraev I., Lange S. Extracellular vesicles and post-translational protein deimination signatures in haemolymph of the American lobster (Homarus americanus). Fish Shellfish Immunol. 2020; 106:79-102. doi 10.1016/j.fsi.2020.06.053

10. Buddhachat K., Kriangwanich W., Kumoun I., Brown J.L., Chailangkarn S., Somgird C., Thitaram C., Prasitwattanaseree S., Nganvongpanit K. Telomeric attrition with increasing age in short- (Chihuahua dog) and long- (Asian elephant) life span animals. Kafkas Univ Vet Fak Derg. 2017;23(4):643-649. doi 10.9775/kvfd.2017.17504

11. Buddhachat K., Brown J.L., Kaewkool M., Poommouang A., Kaewmong P., Kittiwattanawong K., Nganvongpanit K. Life expectancy in marine mammals is unrelated to telomere length but is associated with body size. Front Genet. 2021;12:737860. doi 10.3389/fgene.2021.737860

12. Bythell J.C., Brown B.E., Kirkwood T.B.L. Do reef corals age? Biol Rev Camb Philos Soc. 2018;93(2):1192-1202. doi 10.1111/brv.12391

13. Calado R.T., Dumitriu B. Telomere dynamics in mice and humans. Semin Hematol. 2013;50(2):165-174. doi 10.1053/j.seminhematol.2013.03.030

14. Chusyd D.E., Ackermans N.L., Austad S.N., Hof P.R., Mielke M.M., Sherwood C.C., Allison D.B. Aging: what we can learn from elephants. Front Aging. 2021;2:726714. doi 10.3389/fragi.2021.726714

15. Crawley J.A.H., Mumby H.S., Chapman S.N., Lahdenperä M., Mar K.U., Htut W., Thura Soe A., Aung H.H., Lummaa V. Is bigger better? The relationship between size and reproduction in female Asian elephants. J Evol Biol. 2017;30(10):1836-1845. doi 10.1111/jeb.13143

16. Criscuolo F., Dobson F.S., Schull Q. The influence of phylogeny and life history on telomere lengths and telomere rate of change among bird species: a meta‐analysis. Ecol Evol. 2021;11(19):12908-12922. doi 10.1002/ece3.7931

17. Domínguez-de-Barros A., Sifaoui I., Borecka Z., Dorta-Guerra R., Lorenzo-Morales J., Castro-Fuentes R., Córdoba-Lanús E. An approach to the effects of longevity, sexual maturity, and reproduction on telomere length and oxidative stress in different Psittacidae species. Front Genet. 2023;14:1156730. doi 10.3389/fgene.2023.1156730

18. Domínguez-de-Barros A., Sifaoui I., Dorta-Guerra R., Lorenzo-Morales J., Castro-Fuentes R., Córdoba-Lanús E. Telomere- and oxidative stress dynamics in Psittacidae species with different longevity trajectories. GeroScience. 2024. doi 10.1007/s11357-024-01397-5

19. Du C., Anderson A., Lortie M., Parsons R., Bodnar A. Oxidative damage and cellular defense mechanisms in sea urchin models of aging. Free Radic Biol Med. 2013;63:254-263. doi 10.1016/j.freeradbiomed.2013.05.023

20. Ebert T.A. Negative senescence in sea urchins. Exp Gerontol. 2019; 122:92-98. doi 10.1016/j.exger.2019.04.018

21. Foley N.M., Hughes G.M., Huang Z., Clarke M., Jebb D., Whelan C.V., Petit E.J., … Kerth G., Rebelo H., Rodrigues L., Puechmaille S.J., Teeling E.C. Growing old, yet staying young: the role of telomeres in bats’ exceptional longevity. Sci Adv. 2018;4(2):eaao0926. doi 10.1126/sciadv.aao0926

22. Foley N.M., Petit E.J., Brazier T., Finarelli J.A., Hughes G.M., Touzalin F., Puechmaille S.J., Teeling E.C. Drivers of longitudinal telomere dynamics in a long‐lived bat species, Myotis myotis. Mol Ecol. 2020;29(16):2963-2977. doi 10.1111/mec.15395

23. Foote C.G., Daunt F., González-Solís J., Nasir L., Phillips R.A., Monaghan P. Individual state and survival prospects: age, sex, and telomere length in a long-lived seabird. Behav Ecol. 2011;22(1): 156-161. doi 10.1093/beheco/arq178

24. Francis N., Gregg T., Owen R., Ebert T., Bodnar A. Lack of age‐associated telomere shortening in long‐ and short‐lived species of sea urchins. FEBS Lett. 2006;580(19):4713-4717. doi 10.1016/j.febslet.2006.07.049

25. Garg K.M., Lamba V., Sanyal A., Dovih P., Chattopadhyay B. Next generation sequencing revolutionizes organismal biology research in bats. J Mol Evol. 2023;91(4):391-404. doi 10.1007/s00239-023-10107-2

26. Gomes N.M.V., Ryder O.A., Houck M.L., Charter S.J., Walker W., Forsyth N.R., Austad S.N., Venditti C., Pagel M., Shay J.W., Wright W.E. Comparative biology of mammalian telomeres: hypotheses on ancestral states and the roles of telomeres in longevity determination. Aging Cell. 2011;10(5):761-768. doi 10.1111/j.1474-9726.2011.00718.x

27. Gruber H., Schaible R., Ridgway I.D., Chow T.T., Held C., Philipp E.E.R. Telomere-independent ageing in the longest-lived noncolonial animal, Arctica islandica. Exp Gerontol. 2014;51:38-45. doi 10.1016/j.exger.2013.12.014

28. Gruber H., Wessels W., Boynton P., Xu J., Wohlgemuth S., Leeuwenburgh C., Qi W., Austad S.N., Schaible R., Philipp E.E.R. Age-related cellular changes in the long-lived bivalve A. islandica. Age. 2015;37(5):90. doi 10.1007/s11357-015-9831-8

29. Harper J.M., Holmes D.J. New perspectives on avian models for studies of basic aging processes. Biomedicines. 2021;9(6):649. doi 10.3390/biomedicines9060649

30. Haussmann M.F., Winkler D.W., Huntington C.E., Nisbet I.C.T., Vleck C.M. Telomerase expression is differentially regulated in birds of differing life span. Ann NY Acad Sci. 2004;1019(1):186-190. doi 10.1196/annals.1297.029

31. Ineson K.M., O’Shea T.J., Kilpatrick C.W., Parise K.L., Foster J.T. Ambiguities in using telomere length for age determination in two North American bat species. J Mammal. 2020;101(4):958-969. doi 10.1093/jmammal/gyaa064

32. Jenner L.P., Peska V., Fulnečková J., Sýkorová E. Telomeres and their neighbors. Genes. 2022;13(9):1663. doi 10.3390/genes13091663

33. Kirkwood T.B.L. Evolution of ageing. Nature. 1977;270(5635):301- 304. doi 10.1038/270301a0

34. Kirkwood T.B.L., Rose M.R. Evolution of senescence: late survival sacrificed for reproduction. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 1991;332(1262):15-24. doi 10.1098/rstb.1991.0028

35. Klapper W., Kühne K., Singh K.K., Heidorn K., Parwaresch R., Krupp G. Longevity of lobsters is linked to ubiquitous telomerase expression. FEBS Lett. 1998;439(1-2):143-146. doi 10.1016/S0014-5793(98)01357-X

36. Koliada A.K., Krasnenkov D.S., Vaiserman A.M. Telomeric aging: mitotic clock or stress indicator? Front Genet. 2015;6:82. doi 10.3389/fgene.2015.00082

37. Koopman H.N., Westgate A.J., Siders Z.A. Declining fecundity and factors affecting embryo quality in the American lobster (Homarus americanus) from the Bay of Fundy. Can J Fish Aquat Sci. 2015; 72(3):352-363. doi 10.1139/cjfas-2014-0277

38. Lagunas-Rangel F.A. Deciphering the whale’s secrets to have a long life. Exp Gerontol. 2021;151:111425. doi 10.1016/j.exger.2021.111425

39. Leonida S.R.L., Bennett N.C., Leitch A.R., Faulkes C.G. Patterns of telomere length with age in African mole-rats: new insights from quantitative fluorescence in situ hybridisation (qFISH). PeerJ. 2020;8:e10498. doi 10.7717/peerj.10498

40. Lin J., Epel E. Stress and telomere shortening: insights from cellular mechanisms. Ageing Res Rev. 2022;73:101507. doi 10.1016/j.arr.2021.101507

41. Louzon M., Coeurdassier M., Gimbert F., Pauget B., De Vaufleury A. Telomere dynamic in humans and animals: review and perspectives in environmental toxicology. Environ Int. 2019;131:105025. doi 10.1016/j.envint.2019.105025

42. Miller R.A., Harper J.M., Dysko R.C., Durkee S.J., Austad S.N. Longer life spans and delayed maturation in wild-derived mice. Exp Biol Med (Maywood). 2002;227(7):500-508. doi 10.1177/153537020222700715

43. Muñoz-Lorente M.A., Cano-Martin A.C., Blasco M.A. Mice with hyper-long telomeres show less metabolic aging and longer lifespans. Nat Commun. 2019;10(1):4723. doi 10.1038/s41467-019-12664-x

44. Nehmens M.C., Varney R.M., Janosik A.M., Ebert D.A. An exploratory study of telomere length in the deep-sea shark, Etmopterus granulosus. Front Mar Sci. 2021;8:642872. doi 10.3389/fmars.2021.642872

45. Nguyen T.H.D. Structural biology of human telomerase: progress and prospects. Biochem Soc Trans. 2021;49(5):1927-1939. doi 10.1042/BST20200042

46. Nielsen J., Hedeholm R.B., Heinemeier J., Bushnell P.G., Christiansen J.S., Olsen J., Ramsey C.B., Brill R.W., Simon M., Steffensen K.F., Steffensen J.F. Eye lens radiocarbon reveals centuries of longevity in the Greenland shark (Somniosus microcephalus). Science. 2016;353(6300):702-704. doi 10.1126/science.aaf1703

47. Olsen M.T., Robbins J., Bérubé M., Rew M.B., Palsbøll P.J. Utility of telomere length measurements for age determination of humpback whales. NAMMCO Sci Publ. 2014;10. doi 10.7557/3.3194

48. Polinski J.M., Kron N., Smith D.R., Bodnar A.G. Unique age-related transcriptional signature in the nervous system of the long-lived red sea urchin Mesocentrotus franciscanus. Sci Rep. 2020;10(1):9182. doi 10.1038/s41598-020-66052-3

49. Polinski J.M., Zimin A.V., Clark K.F., Kohn A.B., Sadowski N., Timp W., Ptitsyn A., Khanna P., Romanova D.Y., Williams P., Greenwood S.J., Moroz L.L., Walt D.R., Bodnar A.G. The American lobster genome reveals insights on longevity, neural, and immune adaptations. Sci Adv. 2021;7(26):eabe8290. doi 10.1126/sciadv.abe8290

50. Polinski J.M., Castellano K.R., Buckley K.M., Bodnar A.G. Genomic signatures of exceptional longevity and negligible aging in the longlived red sea urchin. Cell Rep. 2024;43(4):114021. doi 10.1016/j.celrep.2024.114021

51. Puechmaille S.J., Frick W.F., Kunz T.H., Racey P.A., Voigt C.C., Wibbelt G., Teeling E.C. White-nose syndrome: is this emerging disease a threat to European bats? Trends Ecol Evol. 2011;26(11):570-576. doi 10.1016/j.tree.2011.06.013

52. Roark E.B., Guilderson T.P., Dunbar R.B., Fallon S.J., Mucciarone D.A. Extreme longevity in proteinaceous deep-sea corals. Proc Natl Acad Sci USA. 2009;106(13):5204-5208. doi 10.1073/pnas.0810875106

53. Rossiello F., Jurk D., Passos J.F., d’Adda Di Fagagna F. Telomere dysfunction in ageing and age-related diseases. Nat Cell Biol. 2022; 24(2):135-147. doi 10.1038/s41556-022-00842-x

54. Rouan A., Pousse M., Tambutté E., Djerbi N., Zozaya W., Capasso L., Zoccola D., Tambutté S., Gilson E. Telomere dysfunction is associated with dark‐induced bleaching in the reef coral Stylophora pistillata. Mol Ecol. 2022;31(23):6087-6099. doi 10.1111/mec.16199

55. Rouan A., Pousse M., Djerbi N., Porro B., Bourdin G., Carradec Q., Hume B.C., … Furla P., Voolstra C.R., Forcioli D., Lombard F., Gilson E. Telomere DNA length regulation is influenced by seasonal temperature differences in short-lived but not in long-lived reef-building corals. Nat Commun. 2023;14(1):3038. doi 10.1038/s41467-023-38499-1

56. Sahm A., Bens M., Henning Y., Vole C., Groth M., Schwab M., Hoffmann S., Platzer M., Szafranski K., Dammann P. Higher gene expression stability during aging in long-lived giant mole-rats than in short-lived rats. Aging. 2018;10(12):3938-3956. doi 10.18632/aging.101683

57. Sea Urchin Genome Sequencing Consortium; Sodergren E., Weinstock G.M., Davidson E.H., Cameron R.A., Gibbs R.A., Angerer R.C., … Okwuonu G., Parker D., Pu L.-L., Thorn R., Wright R. The genome of the sea urchin Strongylocentrotus purpuratus. Science. 2006;314(5801):941-952. doi 10.1126/science.1133609

58. Seluanov A., Chen Z., Hine C., Sasahara T.H.C., Ribeiro A.A.C.M., Catania K.C., Presgraves D.C., Gorbunova V. Telomerase activity coevolves with body mass, not lifespan. Aging Cell. 2007;6(1): 45-52. doi 10.1111/j.1474-9726.2006.00262.x

59. Sergiev P.V., Artemov A.A., Prokhortchouk E.B., Dontsova O.A., Be rezkin G.V. Genomes of Strongylocentrotus franciscanus and Lytechinus variegatus: are there any genomic explanations for the two order of magnitude difference in the lifespan of sea urchins? Aging. 2016;8(2):260-271. doi 10.18632/aging.100889

60. Smith A., Cook N., Cook K., Brown R., Woodgett R., Veron J., Saylor V. Field measurements of a massive Porites coral at Goolboodi (Orpheus Island), Great Barrier Reef. Sci Rep. 2021;11(1):15334. doi 10.1038/s41598-021-94818-w

61. Smoom R., May C.L., Ortiz V., Tigue M., Kolev H.M., Rowe M., Reizel Y., Morgan A., Egyes N., Lichtental D., Skordalakes E., Kaestner K.H., Tzfati Y. Telomouse – a mouse model with humanlength telomeres generated by a single amino acid change in RTEL1. Nat Commun. 2023;14(1):6708. doi 10.1038/s41467-023-42534-6

62. Terry D.F., Nolan V.G., Andersen S.L., Perls T.T., Cawthon R. Association of longer telomeres with better health in centenarians. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2008;63(8):809-812. doi 10.1093/gerona/63.8.809

63. Tricola G.M., Simons M.J.P., Atema E., Boughton R.K., Brown J.L., Dearborn D.C., Divoky G., … Wheelwright N.T., Winkler D.W., Young R., Vleck C.M., Haussmann M.F. The rate of telomere loss is related to maximum lifespan in birds. Phil Trans R Soc B. 2018; 373(1741):20160445. doi 10.1098/rstb.2016.0445

64. Tsuta H., Shinzato C., Satoh N., Hidaka M. Telomere shortening in the colonial coral Acropora digitifera during development. Zoolog Sci. 2014;31(3):129-134. doi 10.2108/zsj.31.129

65. Vera E., Bernardes de Jesus B., Foronda M., Flores J.M., Blasco M.A. The rate of increase of short telomeres predicts longevity in mammals. Cell Rep. 2012;2(4):732-737. doi 10.1016/j.celrep.2012.08.023

66. Yang W., Hu Y., Cui S. Fighting with aging: the secret for keeping health and longevity of naked mole rats. Aging Dis. 2024;16(1): 137-145. doi 10.14336/AD.2024.0109

67. Young A.J. The role of telomeres in the mechanisms and evolution of life-history trade-offs and ageing. Phil Trans R Soc B. 2018; 373(1741):20160452. doi 10.1098/rstb.2016.0452

68. Zade N.H., Khattar E. POT1 mutations cause differential effects on telomere length leading to opposing disease phenotypes. J Cell Physiol. 2023;238(6):1237-1255. doi 10.1002/jcp.31034

69. Zaug A.J., Goodrich K.J., Song J.J., Sullivan A.E., Cech T.R. Reconstitution of a telomeric replicon organized by CST. Nature. 2022; 608(7924):819-825. doi 10.1038/s41586-022-04930-8


Рецензия

Просмотров: 13


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-3259 (Online)