راز طول عمر متفاوت سگ‌ها؛ چرا نژادهای بزرگ در سطح مولکولی سریع‌تر پیر می‌شوند؟

طول عمر سگ‌های بزرگ معمولاً کوتاه‌تر از سگ‌های کوچک است؛ نژاد گریت‌دین و ماستیف به‌ندرت بیش از یک دهه زندگی می‌کنند، درحالی‌که عمر چی‌واواها ممکن است دو برابر آن‌ها باشد. علت دقیق این تفاوت همچنان مشخص نیست، اما یافته‌های پژوهشی تازه نشان می‌دهد که سگ‌های بزرگ در سطح مولکولی سریع‌تر پیر می‌شوند و تغییرات شیمیایی دی‌ان‌ای (DNA) ممکن است بخشی از این تفاوت را توضیح دهد.

به‌گزارشلایو‌ساینسپژوهشگران در مطالعه‌ای تازه تغییرات شیمیایی دی‌ان‌ای سگ‌ها را بررسی کردند. این تغییرات که «متیلاسیون DNA» نام دارند، زمانی رخ می‌دهند که گروه‌های شیمیایی کوچکی به نام گروه‌های متیل به دی‌ان‌ای اضافه می‌شوند. این تغییرات می‌توانند بر دسترسی پروتئین‌ها به دی‌ان‌ای و فعالیت ژن‌ها اثر بگذارند و به تنظیم بیان ژن‌ها کمک کنند.

الگوی متیلاسیون دی‌ان‌ای با افزایش سن به‌شکلی پیش‌بینی‌پذیر تغییر می‌کند. دانشمندان با بررسی همین تغییرات، ساعت‌های اپی‌ژنتیکی ساخته‌اند؛ ابزارهایی که برای برآورد سن زیستی موجودات به کار می‌روند. سن زیستی، برخلاف سن تقویمی، بازتابی از وضعیت بدن و تغییرات مرتبط با فرایند پیری است.

بلیز مارینر، زیست‌شناس دانشگاه ایالتی آریزونا و یکی از نویسندگان پژوهش، می‌گوید: «دانشمندان در مطالعات روی گونه‌های مختلفی ازجمله انسان، از داده‌های اپی‌ژنتیکی برای ساخت ساعت‌هایی استفاده کرده‌اند که روند پیری را دنبال می‌کنند.»

نتایج نشان داد که تغییرات متیلاسیون دی‌ان‌ای با پیری زیستی ارتباط نزدیکی دارد. سگ‌هایی که سن اپی‌ژنتیکی آن‌ها بیشتر از حد انتظار بود، با خطر بالاتری برای مرگ به هر علتی مواجه بودند. مقایسه‌ی سگ‌ها با جثه‌های متفاوت نیز نشان داد که سرعت پیری آن‌ها یکسان نیست. نوا اسنایدرمکلر، ژنوم‌شناس در دانشگاه ایالتی آریزونا و یکی از نویسندگان پژوهش، می‌گوید: «بر اساس نشانگر زیستی ما، یعنی ساعت اپی‌ژنتیک، سگ‌های بزرگ به‌ازای هر سال زندگی، کمی سریع‌تر از سگ‌های کوچک پیر می‌شدند.»

کاهش گروه‌های متیل در بخش‌هایی از دی‌ان‌ای موسوم به عناصر جابه‌جاشونده، از جمله تغییرات اپی‌ژنتیکی مرتبط با جثه‌ی بزرگ‌تر به شمار می‌رود. این عناصر که با عنوان «ژن‌های جهنده» نیز شناخته می‌شوند، امکان جابه‌جایی در ژنوم را دارند. هرچند گروه‌های متیل به مهار این جابه‌جایی کمک می‌کنند، افت متیلاسیون می‌تواند این ژن‌ها را بیش‌ازحد فعال کند و علاوه‌بر آسیب به سایر ژن‌ها، موجب بروز التهاب شود؛ روندی که با بالارفتن سن شدت می‌یابد.

پژوهشگران بر همین اساس، احتمال می‌دهند که فعالیت کنترل‌نشده‌ی ژن‌های جهنده در پیری سریع‌تر سگ‌های بزرگ نقش داشته باشد. بااین‌حال، یافته‌های مطالعه به‌تنهایی این ارتباط احتمالی را به‌عنوان علت قطعی اثبات نمی‌کند.

پژوهشگران تغییرات دیگری را نیز در دی‌ان‌ای سگ‌های مسن مشاهده کردند. به‌عنوان نمونه، متیلاسیون در برخی نواحی ژنوم که گروه‌های متیل کمتری داشتند، با افزایش سن بیشتر شد. درحالی‌که نواحی دارای متیلاسیون بالا به‌تدریج بخشی از گروه‌های متیل خود را از دست دادند. همچنین، سلول‌های ایمنی سگ‌ها از نظر الگوهای اپی‌ژنتیکی با افزایش سن به یکدیگر شبیه‌تر شدند.

مارینر پدیده‌ی مذکور را که «از‌دست‌رفتن هویت سلولی» نامیده می‌شود، یکی از فرضیه‌های مهم درباره‌ی تغییرات بدن در فرایند پیری می‌داند. سلول‌های ایمنی برای انجام وظایف مشخصی، مانند مقابله با سرطان یا ازبین‌بردن ویروس‌ها، تخصص پیدا می‌کنند. پژوهش‌ها نشان می‌دهند که شباهت بیشتر این سلول‌ها به یکدیگر ممکن است توانایی آن‌ها را برای انجام وظایف ویژه کاهش دهد.

انسان‌ها در طول نسل‌های متمادی، سگ‌هایی با جثه‌های بزرگ‌تر پرورش داده‌اند. اسنایدرمکلر احتمال می‌دهد این انتخاب برای افزایش اندازه‌ی بدن هزینه‌ای برای سلامت سگ‌ها داشته باشد. او توضیح می‌دهد که بدن باید میان رشد سریع، حفظ و نگهداری از بافت‌ها و سرمایه‌گذاری روی سیستم ایمنی و یکپارچگی بدن تعادل برقرار کند. اما این توضیح فعلاً در حد فرضیه است؛ زیرا پژوهش حاضر به‌طور مستقیم علت تفاوت پیری اپی‌ژنتیکی سگ‌های بزرگ و کوچک را بررسی نکرده است.

گروه پژوهشی قصد دارد با جذب سگ‌های بیشتر و پیگیری در دوره‌های طولانی‌تر، ساعت‌های اپی‌ژنتیکی دقیق‌تری بسازد. اسنایدرمکلر می‌گوید مدل‌های فعلی فقط بخشی از تفاوت‌های سن اپی‌ژنتیکی سگ‌ها را توضیح می‌دهند. پژوهشگران همچنین می‌خواهند مدل‌های پیش‌بینی‌کننده‌ای بسازند که به صاحبان سگ‌ها در شناسایی زودهنگام مشکلات سلامتی مرتبط با افزایش سن کمک کنند.

سگ‌ها به برخی از بیماری‌های انسانی مبتلا می‌شوند و محیط زندگی مشترکی با انسان‌ها دارند. به گفته‌ی اسنایدرمکلر، بررسی مولکولی تأثیر عوامل محیطی و تجربه‌های زندگی بر سلامت و پیری سگ‌ها، می‌تواند به شناخت بهتر اثر همین عوامل بر انسان‌هایی کمک کند که در محیط‌های مشابه زندگی می‌کنند. در نتیجه، یافته‌های چنین پژوهش‌هایی ممکن است به درک بهتر پیری انسان نیز کمک کند.

پژوهش در نشریه‌یساینسمنتشر شده است.