Молекулярна біологія і старіння

Л.В. Яковенко

Заостанні кілька тисяч років середня тривалість життя повільно, аленеухильно збільшувалася, в основному за рахунок поліпшення якості життя і успіхівмедицини. За часів Римської імперії середня тривалість життя становилаблизько 25 років. У Середні століття вона досягла 35, а на початку XХ ст. - 55 років.Сьогодні середня тривалість життя в США перевищила 70 років, і за останнєдесятиліття число людей, які прожили понад 100 років, подвоїлася. За прогнозами бюроперепису населення США, протягом наступних 50 років кількість довгожителів, які переступилистолітній рубіж, зросте більш ніж в 10 разів без будь-яких серйозних зусиль збоку вчених.

Фінансуваннядосліджень, спрямованих на боротьбу зі старінням, рік від року збільшуєтьсяяк з боку держави, так і з боку приватного сектора. Національнийінститут здоров'я США (NIH), щорічно розподіляє бюджет в 27 млрд дол, в 1974 р. сформував дочірню організацію Національний інститут старіння (NIA). Ця організаціящорічно витрачає більше 1 млрд дол на дослідження в галузі геронтології.

Займаючисьпроблемами геронтології, безліч вчених в США і Японії вивчають сім'їдовгожителів, а також довгожителів-близнюків, намагаючись локалізувати і вивчитигени старіння, так звані геронтогени. Група вчених Бостонськогоуніверситету (США) займається пошуком геронтогенов у довгожителів Нової Англії.Томас Перлс, керівник групи, вважає, що за старіння відповідає всього близькодесятка генів, і незабаром їх розташування стане відомо.

ВНині існує понад 300 теорій старіння, що саме по собі говоритьпро складність і багатогранність цього явища, механізм якого до цих пірзалишається загадкою. Старіння еукаріот супроводжується трьома основними взаємозв'язанимипроцесами: прогресивним і неоднорідним зміною структури хромосом, починаючиз моменту досягнення дорослого стану; прогресивним і неодноріднимпорушенням функцій систем деградації в клітинах; змінюється з вікомпосттрансляционной модифікацією білків. Всі теорії в тій чи іншій мірі включаютьв себе механізми цих процесів. Більшість теорій може бути віднесено доодного з двох класів, заснованих на припущенні або про існуванняпрограми старіння організму, або про накопичення пошкоджень і зносі організму.

Прикладомреалізації програми старіння є відомі синдроми передчасногостаріння: прогерія (синдром Хатчінсона-Гілфорда) і синдром Вернера. Обидві хворобимають генетичну основу і передаються у спадок. Вже описані гени, що відповідаютьза ці хвороби, і розробляються терапевтичні методи їх лікування. Не можутьЧи бути загальними механізми природного старіння і цих захворювань? Інакшекажучи, чи не є старіння уповільненим варіантом цих захворювань? Можливо,замість випробуваної часом стратегії запобігання процесів старіння слідперейти до лікування старіючих організмів.

Таксамо як деякі операційні системи, використовувані в комп'ютерах, з часомпочинають працювати повільніше, а через якийсь час дають збої в результатіВ«ЗасміченняВ» реєстру, організм втрачає здатність до самовідновлення.В«ЗасміченняВ» реєстру операційних систем починається ще під час першоїінсталяції, а старіння організму на молекулярному рівні починається з моментузапліднення яйцеклітини. Різні зовнішні і внутрішні процеси призводять допошкодження і мутаціям ДНК, модифікації білків, жирів і вуглеводів в клітинах.Накопичення цих ушкоджень призводить до фізичної смерті клітин і деградаціїтканин організму. Вже до моменту народження в клітинах людини накопичуєтьсявеличезна кількість всіляких пошкоджень.

Однієюз найпопулярніших теорій старіння є вільнорадикальних теорія. Впроцесі синтезу АТФ, що відбувається в мітохондріях, виробляються вільнірадикали кисню. Вони мають надзвичайно високою реакційною здатністю, внаслідокчого ушкоджують практично всі системи, з якими вступають в контакт. Якщозахисні механізми клітини не справляються з їх нейтралізацією, вільнірадикали ушкоджують мітохондріальну ДНК, що з часом призводить до деградаціїі загибелі клітини. Захистити клітини від пошкоджуючої дії активних формкисню можуть антиоксиданти.

Цятеорія послужила основою для розвитку за останні два десятиліття цілоїіндустрії харчових добавок. Мільйони людей щодня вживають антиоксиданти внадії уповільнити процес старіння. Але ключ до вирішення проблеми вільнихрадикалів знаходиться в наших генах.

Деякиморганізмам не потрібні харчові добавки, щоб успішно боротися з вільними радикалами.Наприклад, у птахів метаболізм, особливо під час польоту, значно інтенсивніше,а рівень вільних радикалів значно вище, ніж у мишей. Незважаючи на це, багатовиди птахів живуть у багато разів довше мишей. Як з'ясувалося зовсім недавно, угризунів-довгожителів, голих землекопів (Heterocephalus glaber), які вневолі досягають 20-річного віку, рівень вільних радикалів такожзначно вище, ніж у мишей, а класичні механізми їх нейтралізаціїпрацюють набагато гірше. Можливо, механізми захисту і відновленнямітохондріальної ДНК в захисті від старіння відіграють велику роль, ніжнейтралізація вільних радикалів.

Однакстаріння супроводжується і процесами, не пов'язаними з участю вільнихрадикалів. Так, наприклад, при пересадці ядер старої клітини в юну і навпаки, вікотриманих гібридних клітин збігається з віком пересадженого ядра.

Кількароків тому Синтія Кеніон з Каліфорнійського університету отримала мутантівкруглого хробака C.elegans, що живуть більш ніж в два рази довше звичайного. Вонавиявила відразу кілька генів, що беруть участь у сигнальній ланцюжкуінсулін-IGF1. Зміна рівня експресії окремих генів у цьому ланцюжкупризводить до включення різних захисних механізмів і до значного збільшеннятривалості життя у черв'яків, мух і мишей.

Щеодна популярна теорія старіння - теорія укорочування теломер хромосом. Зкожним діленням теломери соматичних клітин коротшають, і післяпевної кількості поділів, названого межею Хайфлика, клітина перестаєділитися. Керол Грайдер з медичного інституту Джона Хопкінса спільно зіншими дослідниками відкрила білок (теломеразу), який відновлює теломери.Експресія теломерази в клітинах призводить до клітинного безсмертя. Однак наНаразі використання теломерази для подовження життя людини неможливо,тому нескінченно діляться клітини стають раковими. За свою роботу КеролГрайдер була нагороджена премією Ласкера, що вважається американським еквівалентомНобелівської премії. Зауважимо, що першим ученим, пояснити існуваннямежі Гейфліка, був російський геронтолог А.М. Оловніков, що запропонувавтеломерную гіпотезу ще в 1970-х рр..

Більшістьчитачів напевно чули про стовбурові клітини, з яких формуються клітинитканин організму. Стовбурові клітини виробляються в організмі протягомусього його життя, займаючи місце по-пошкодження або померлих клітин. Самекровотворні стовбурові клітини щодня дають початок мільярдам клітин крові, тривалістьжиття яких всього близько тижня.

Однієюз головних проблем, пов'язаних зі старінням організму, є старіння мозку.Всупереч думці, що нервова система не відновлюється, стовбурові клітини, що даютьпочаток нейронам і гліальні клітини, виробляються відразу в декількох частинахмозку на протязі всього життя. Але у віці близько 40 років кількість стовбуровихклітин, що приходять на заміну зношеним і пошкодженим клітинам, зменшується, іорганізм деградує. За останні десять років було відкрито кілька механізміврегуляції швидкості ділення і пересування стовбурових клітин в тканинах мозку, використанняяких, можливо, дозволить вирішити проблему старіння мозку.

Однимиз найперспективніших є мезенхімальні стовбурові клітини, культураяких вперше була отримана радянським ученим A.Я. Фріденштейн в 1970-х рр..Особливість цих клітин полягає в тому, що вони не тільки виробляютьсяорганізмом протягом всього життя, але і можуть самі розпізнавати пошкодження іперетворюватися на клітини багатьох видів тканин. Три роки тому вчені компаніїOsiris Therapeutics спільно з ученими університету Джона Хопкінса провелисерію експериментів по використанню цих клітин. Після штучно викликаногоінфаркту мезенхімальні клітини, введені свиням, виявляли та виправлялипо-пошкодження серцевого м'яза.

Давновідомо, що підпорогові впливу стресових факторів можуть призводити дополіпшенню фізіологічного стану організму та збільшенню тривалостіжиття - явище, що отримало назву гормезису. Кілька років тому гідробіологB.B. Зюганов відмітив, що у лососів, заражених личинкою жемчужніци, програмаприскореного старіння після нересту не включається, і лососі живуть набагато довшезвичайного. Оскільки включення програми старіння обумовлено наявністюпевних білків, то, якщо ці спостереження вірні, існує ймовірність, щобілки, що виробляються паразитом, можна буде використовувати для продовження життялосося, а подібні з ними білки зможуть продовжити і життя людини.

Збільшеннятривалості життя в результаті голодування було відзначено у багатьохорганізмів ще багато століть тому. Моль, черв'яки, летючі миші і багато іншихорганізми при нестачі їжі живуть набагато довше, ніж при нормальній дієті.Використовуючи цей підхід, Леонард Гуаренте, професор Массачусетськоготехнологічного інституту, отримав мутантний штам дріжджів, що живуть вкілька разів довше звичайних. Потім, проводячи експерименти на мишах, він тежвиявив значне збільшення тривалості їх життя при голодуванні.Зараз вже можна сказати, що новий напрямок у науці - біогеронтологія, яказможе, нарешті, запропонувати ефективні способи полегшення тягаря великоїкількості прожитих років, досягла стадії зрілості. Кілька цікавих новихвідкриттів молекулярної біології, пов'язаних з процесами старіння, залишилися позарамок цієї статті і заслуговують окремого розгляду.

Список літератури

Дляпідготовки даної роботи були використані матеріали з сайту bio.1september.ru