Механизмы старения: что наука знает о продлении жизни

11.02.2020
327

Но за последние несколько десятков лет продолжительность жизни увеличилась не так уж сильно, так как человечество исчерпало все простые методы увеличения срока жизни: гигиена, вакцины, антибиотики, здоровый образ жизни.

В некоторых странах продолжительность жизни даже уменьшилась, потому что люди начали питаться более дешевой калорийной пищей, что приводит к эпидемиям ожирения. Кроме того, увеличение срока жизни вовсе не гарантирует ее качество. Раньше люди умирали от инфекций в раннем возрасте. Теперь очень многие имеют шанс дожить до глубокой старости.

За последние 100 лет средняя продолжительность жизни человека в развитых странах выросла почти вдвое. На это есть объективные причины: уменьшение детской смертности, лечение большинства острых болезней, рост качества жизни, существенное снижение числа смертей по небиологическим причинам, таким как война.

Дело в том, что последние несколько десятков лет продолжительность жизни увеличилась не так уж сильно, так как человечество исчерпало все простые методы увеличения срока жизни: гигиена, вакцины, антибиотики, здоровый образ жизни. В некоторых странах продолжительность жизни даже уменьшилась, потому что люди начали питаться более дешевой калорийной пищей, что приводит к эпидемиям ожирения. Кроме того, увеличение срока жизни вовсе не гарантирует ее качество. Раньше люди умирали от инфекций в раннем возрасте. Теперь очень многие имеют шанс дожить до глубокой старости.

Но некоторые гены изменяют свою активность, не меняя первичной структуры, — эти изменения называются эпигенетическими. Например, к цитозину — одному из азотистых оснований ДНК — может присоединиться метильная группа, и это будет влиять на выработку того или иного белка в определенный момент времени. Это естественный процесс, благодаря которому клетки печени, например, имеют свой профиль активных генов по сравнению с нейронами головного мозга, несмотря на то что последовательность ДНК всех клеток тела одинаковая. Однако в ответ на стресс, воспаление, при укорочении или повреждении хромосом в процессе деления клеток эпигенетический профиль клетки может меняться, что приводит к возрастному изменению активности генов, в том числе жизненно важных. 

Джордж Кристофер Уильямс —  американский эволюционный биолог. Профессор биологии Государственного Университета Нью-Йорка.

В 1957 году эволюционный биолог Джордж Кристофер Уильямс предположил, что некоторые гены в разном возрасте дают разный эффект: если в молодом возрасте они чрезвычайно важны для выживания, то в старости только вредят. Например, ген, увеличивающий фиксацию кальция в костях, снижает риск переломов в молодости, но увеличивает риск остеоартрита в старости из-за чрезмерной кальцификации суставов. Эта идея известна как антагонистическая плейотропия.

Укорочение теломер. Когда клетка делится, дочерняя цепь ДНК, образуемая на матрице родительской ДНК, становится несколько короче из-за особенностей работы фермента — ДНК-полимеразы. Дело в том, что ДНК-полимераза не может начать работу с нуля (соединить два свободных нуклеотида). Для нее на самом кончике ДНК специально создается РНК-затравка, к которой она начинает присоединять ДНК-нуклеотиды. Впоследствии РНК-затравка расщепляется, и генетическая информация о кончике хромосомы утрачивается. В череде клеточных делений концы хромосом становятся все более короткими и в определенный момент воспринимаются как повреждение ДНК, которое останавливает деление клетки.

Клетка с поврежденной ДНК в норме не делится, чтобы не переродиться в опухолевую. Это явление неспособности клетки с короткими теломерами делиться носит название клеточного старения. Поэтому на концах хромосом у млекопитающих расположены бессмысленные повторы, образующие теломеры, которые периодически достраиваются ферментом теломеразой. Однако теломераза после рождения выключается во всех клетках, кроме половых и некоторых стволовых. Поэтому с каждым делением клеток теломеры укорачиваются. К концу человеческой жизни они становятся настолько короткими, что каждое последующее деление ставит под угрозу генетическую информацию. Когда это происходит, прекращается деление, например, стволовых клеток и, как следствие, регенерация тканей.

image

Теломера // Максим Мозуль

Цитоплазма — внутренняя полужидкая среда клетки, в которой расположены ядро и другие элементы мембранного и немембранного строения.

«Затухание» митохондрий. С возрастом утрачивают функцию «энергетические станции» клетки — митохондрии. Это происходит из-за накопления ошибок митохондриальных ДНК и ферментов, ослабления выбраковки поврежденных митохондрий. Перестает хватать энергии для процесса восстановления и роста, что тоже становится одной из причин старения. Кроме того, внутри клетки со временем нарушаются защитные барьеры. Митохондрии перегружаются кальцием и приоткрывают поры временной проницаемости. Через них в клетку выходят кольцевые митохондриальные ДНК, которые в цитоплазме клетки, где их в норме быть не должно, воспринимаются как инфекционное вторжение (некоторые вирусы и бактерии имеют подобные ДНК). Активируется интерфероновый ответ и хроническое воспаление, которое способствует развитию болезней.

Ухудшение качества белков. Со временем происходит нарушение круговорота внутриклеточных белков: поврежденные белки перестают заменяться новыми и накапливаются в организме. А внеклеточные белки, которые практически не обновляются, со временем образуют сшивки. Из-за них ткани становятся жесткими и неэластичными. Отсюда появление морщин, легочной недостаточности, повышенного артериального давления.

В неделящихся клетках (клетки сердечной мышцы, нейроны, которые не заменяются другими в течение почти всей жизни) постепенно скапливаются агрегаты (сгустки) белков, которые нарушают внутриклеточный трафик в цитоплазме, а некоторые из этих клеток довольно протяженные. Белки скапливаются и в эндоплазматической сети — внутренней транспортной и сортировочной системе клетки. Стресс эндоплазматической сети (это похоже на пробку на дороге), в свою очередь, запускает клеточное старение или гибель. Нередко сбиваются в агрегаты и белки вне клеток, бляшки амилоида и тяжи тау-белка в межклеточном пространстве головного мозга связывают с болезнью Альцгеймера — неизлечимой формой возрастной нейродегенерации.

Ослабление биологических барьеров. Ключевую роль для поддержания постоянства параметров внутренней среды играют биологические барьеры, которые находятся в кишечнике, стенке сосудов, коже, между головным мозгом и кровотоком. При старении эти барьеры нарушаются, и через них проникают инфекции, нежелательные молекулы или токсины. Это служит причиной разнообразных болезней: воспалений в стенке желудочно-кишечного тракта, атеросклероза и так далее.

Ночница Брандта — небольшая летучая мышь. Названа в честь немецкого зоолога Иоганна Брандта.

Борьба со старением

Хотя мы знаем о старении довольно много, этого недостаточно, чтобы эффективно и безопасно вмешиваться в эти процессы. Однако некоторые успешные эксперименты поставила сама природа. Так, полярная акула живет 400 лет. А голый землекоп почти не болеет раком, нечувствителен к боли и в неволе доживает до 30 лет, что необычайно долго для грызуна его размеров (13 см): лабораторная мышь живет около трех лет (10 см). По человеку довольно хорошо видно, сколько ему лет, чего не скажешь о голом землекопе: крайне тяжело определить по его внешнему виду, сколько он прожил. Считается, что долголетие землекопа обусловлено активным восстановлением поврежденных оснований ДНК. Более того, есть предположение, что голый землекоп является неотеническим животным — развитие его организма останавливается на стадии новорожденного. А самым удивительным долгожителем считается летучая мышь ночница Брандта: при массе тела всего в 5 грамм она доживает в дикой природе до 40 лет — обычно долго живут те звери, которые имеют наибольшую массу. Ученые расшифровывают геномы животных-долгожителей, что позволяет устанавливать новые генетические причины долголетия. 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *