В чем заключается механизм старения
7 основных причин старения
Старение есть сумма всех механизмов, которые изменяют функции живого существа, препятствуют поддержанию физиологического баланса и в конечном итоге приводят к смерти. Процесс старения это процесс сложный, постепенный, зависящий от многих биологических факторов. Ученые всегда проявляли особый интерес к старению и поиску подходов к изучению этого феномена.
Исследования показали, что старение контролируется генетическими факторами и биологическими процессами, присущими человечеству.
Чтобы замедлить этот естественный процесс и увеличить продолжительности жизни, первым шагом является понимание причин старения: как оно действует на живые организмы, и какие факторы влияют на продолжительность жизни.
Существует 7 основных причин: повреждение генома, эпигенетические факторы, укорочение теломер, развернутая реакция белка, дисфункция митохондрий, клеточное старение и истощение стволовых клеток.
Ошибки репарации ДНК
Геном — это сумма генетической информации человека или вида. Геном является картой для построения всего организма. Генетическая информация, в основном, хранится в ядре клетки в виде молекул ДНК. Участок ДНК, задающий последовательность определённого полипептида, либо функциональной РНК, представляет ген. Геном человека содержит от 25 000 до 30 000 генов.
Но молекулы ДНК не лежат в свободном виде в ядре клетки, они упакованы вместе с белками-гистонами в хромосомы. Хромосомы содержат всю генетическую информацию и реплицируются с каждым клеточным делением.
На протяжении всей жизни клетки делятся множество раз, в результате генетический материал постоянно воспроизводится в живых системах и передается вновь созданным дочерним клеткам. Во время клеточного деления довольно часто наблюдаются генетические ошибки, которые образуются во время репликации ДНК. Они называются ошибками репликации ДНК. Ошибки репликации приводят к нарушению функционирования клетки и могут повлиять на оставшуюся ткань, если клетка не будет устранена в результате запуска апоптоза (гибели клеток) или старения (ухудшения функций клетки).
В организме также существует система, которая восстанавливает молекулу ДНК, модифицированную во время репликации. Система использует белки и ферменты. PARP1 — участвует в репарации ДНК и сиртуинов, а также в регуляции экпрессии генов, ремоделировании хроматина и функционировании митохондрий. NAD+ является косубстратом PARP. С возрастом происходит увеличение экспрессии белков PARP, что говорит о частых ошибках репликации и необходимости их устранения. В ответ на повреждения ДНК из-за работы PARP в клетке также очень быстро истощаются запасы NAD+, что приводит к клеточной гибели.
Активация фермента PARP может индуцировать сверхэкспрессию белка P53. Белок Р53 представляет другую систему контроля жизненного цикла клетки. Р53 отвечает за элиминацию канцерогенных клеток и позволяет продлить жизнь органов, предотвращая развитие раковых клеток. Однако, чем больше белка активируется, тем больше он ускоряет процесс старения, приводя к усиленному разрушению клеток и потери гомогенности тканей.
Механизм укорочения теломерных повторов
Способность диплоидных клеток к пролиферации ограничена. Этот процесс регулируется теломерами. Теломеры оказывают защитное действие на ДНК. Теломеры являются той частью хромосомы, которая не содержит генетической информации, и разрушаются на протяжении всей жизни при каждой репликации до тех пор пока полностью не исчезнут. Поскольку ДНК больше не защищена, при репликации важная информация «разжевывается», что приводит к апоптозу клетки или созданию раковой клетки. Фермент теломераза обеспечивает полную репликацию теломер. Он обнаружен только в стволовых, эмбриональных и раковых клетках. Присутствие этого фермента в раковых клетках объясняет, почему они бессмертны: они могут делиться бесконечно, не останавливаясь на своих «биологических часах». Работа этого фермента представляет большой научный интерес, однако, его активация может быть связана с виндукцией злокачественной трансформации.
Сокращение теломер можно сравнить с биологическими часами, которые активируют старение клеток, как только время истекает. Этот механизм ограничивает продолжительность жизни всех клеток, поэтому является центральным.
Эпигенетические механизмы и старение
Эпигенетика занимается изучением механизмов, управляющих экспрессией генома. Экспрессия генов может варьировать в зависимости от факторов окружающей среды. Органы демонстрируют эту изменчивость: каждая клетка имеет сходную генетическую информацию, но разные функции, что показывает разницу в экспрессии генов в зависимости от окружающей среды.
Белки представлены полипептидной цепью, состоящей из последовательности аминокислот. Работают белки благодаря своей конформационной структуре: вторичной, третичной, четвертичной. Складывание белка представляет физический процесс-фолдинг, посредством которого белок становится функционально активным.
Исследования показали, что нарушение процесса фолдинга белка составляет патофизиологическую основу многих возрастных заболеваний различной этиологии, в том числе болезни Альцгеймера, болезнь Паркинсона и прочих.
Последствия нарушения конформационных структур связаны с накоплением агрегатов белков неправильной конформации.
Митохондриальная дисфункция и возраст
Митохондрии — это клеточные органеллы, ответственные за поддержание клеточного дыхания и синтез АТФ — основного источника энергии. Митохондрии обладают собственной ДНК, называемой мтДНК.
Дисфункция митохондрии является основной причиной старения из-за жизненно важной роли митохондрий в клетках. Возрастная дисфункция наблюдается с возрастом, может привести к гибели клетки. Ее причиной служит окислительный стресс, нарушение клеточно-митохондриальной связи.
Клеточное старение происходит, когда возраст клетки увеличивается и ее функция уменьшается. Клетка прекращает делиться и меняет свою активность. Стареющие клетки можно увидеть на всех этапах жизни. С возрастом их число увеличивается в некоторых тканях, вызывая их гетерогенность.
Механизм клеточного старения полезен в молодости. Он защищает организм от пролиферации раковых клеток, но требует эффективной работы иммунной системы для устранения стареющих клеток. При старении эффективность иммунной системы снижается, обновления стволовых клеток происходит реже.
Стволовые клетки — это недифференцированные клетки, которые не принадлежат к какому-либо конкретному органу и поэтому могут генерировать специализированные клетки посредством «клеточной дифференцировки».
Стволовые клетки позволяют обновлять клетки в органе, они хранятся в организме и используются при необходимости.
Некоторые клетки стареют и умирают регулярно и требуют замены. Срок жизни эритроцита в среднем 120 дней. Другие органы могут расти и требовать больше ткани (например, матка во время беременности). Некоторые органы не имеют стволовых клеток и поэтому не могут быть обновлены при повреждении, например, сердце, поджелудочная железа.
При старении ткани также не восстанавливаются из-за замедления деления клеток и отсутствия замены стволовых клеток. Это объясняется избыточной экспрессией белков, блокирующих клеточный цикл, или накоплением повреждений ДНК на стволовых клетках.
Истощение стволовых клеток является одной из основных причин старения, поскольку препятствует обновлению клеток и является причиной старения органов. Понимание работы стволовых клеток будет жизненно важным для регенеративной медицины в будущем.
Вышеуказанные причины потенциально ответственны за изменение функций организма. Некоторые из них лежат в основе полезных механизмов, которые становятся вредными с возрастом, как в случае с клеточным старением и системой репарации ДНК. Механизмы предотвращают развитие рака, но по мере того, как их активность становится слишком высокой, происходит сбой, дегенерация тела ускоряется.
Другими причинами являются простые механизмы, которые медленно развиваются во времени (митохондриальная дисфункция, укорочение теломер). Необходимо понимать их, если мы когда-нибудь захотим поработать над этим, чтобы потенциально замедлить старение, и увеличить продолжительность жизни человека.
Искусство старения. Понятие о старости и старении. Теории старения
В последние годы произошла смена представлений об успешном старении. Если ранее успешное старение ассоциировалось исключительно с отсутствием болезни, хорошим физическим и когнитивным статусом, самостоятельностью и социальной поддержкой, то современное понимание успешного старения значительно шире и включает психологическое, физическое и социальное здоровье, функционирование, удовлетворенность жизнью, чувство цели, финансовую стабильность, познание нового, достижения, внешний вид, деятельность, чувство юмора, духовность.
Успешное старение — основная психологическая потребность человека. Даже в очень преклонном возрасте люди сохраняют потребность в активной жизни и развитии.
Для начала уточним, что значит старческий возраст.
ВОЗ установила такие возрастные ориентиры:
И прежде чем говорить об искусстве старения, давайте разберемся, что такое старость и старении, какие виды старости существуют и, вообще, почему люди стареют.
Старение – разрушительный процесс, который развивается в результате нарастающего с возрастом повреждающего действия экзогенных и эндогенных факторов, ведущий к недостаточности физиологических функций организма.
Старость – закономерно наступающий заключительный период возрастного развития, рассматриваемый как взаимодействие двух разнонаправленных процессов: разрушительного процесса старения и витаукта (от лат. vita — жизнь, и auctum — увеличивать) — процесса, стабилизирующего жизнедеятельность организма, повышающего его надежность, направленного на предупреждение повреждения живых систем с возрастом и на увеличение продолжительности жизни.
Индивидуальные особенности старения
Изучение возрастных изменений, происходящих в организме, показывает, что одновременно протекающие взаимосвязанные процессы угасания и сопротивления организма, создают своеобразные защитные механизмы, помогающие по-новому приспосабливаться к изменяющимся внутренним и внешним условиям жизнедеятельности. Благодаря этому многие люди сохраняют до глубокой старости удовлетворительное самочувствие и работоспособность.
Естественное старение характеризуется определенным темпом и последовательностью возрастных изменений, соответствующих биологическим адаптационно-регуляторным возможностям данной человеческой популяции.
Преждевременное старение – ускоренное, характеризуется более ранним развитием возрастных изменений или же их большей выраженностью в тот или иной возрастной период. Этому способствуют заболевания, состояние окружающей среды, стрессы и т.д.
Симптомы преждевременного старения: снижение умственной и физической работоспособности, утомляемость, ухудшение памяти, ослабление эмоций и половой функции, снижение приспособительных возможностей сердечно-сосудистой и других систем организма, раннее возникновение возрастных предпосылок для развития болезней.
Замедленное старение характеризуется замедленным проявлением возрастных изменений или их наименьшей выраженностью, способствует увеличению продолжительности жизни и долголетию.
Виды старости
Хронологическая (календарная) старость (хронологический или календарный или паспортный возраст) – возраст от рождения до исчисляемого момента – количество прожитых лет.
Физиологическая (физическая) старость – биологический возраст – степень морфологического и физиологического развития организма (истинная мера старения организма).
Психологическая старость – момент жизни человека, когда он сам начинает осознавать себя старым.
Социальная старость – зависит от средней продолжительности жизни в конкретной стране в определенный отрезок времени.
Выдвинуто более 300 теорий и гипотез о старении, но большинство из них носит исторический интерес. Наиболее известны из них следующие.
Несмотря на ряд положительных сторон, теория И. И. Мечникова не раскрывала сущности явления старения, а выяснила лишь некоторые причины старения. Так более поздними исследователями было подтверждено, что систематическая интоксикация нервных клеток исходит не только от кишечника, но и вызывается продуктами азотистого обмена всего организма.
Еще одна теория — теория жизненного темпа. Малопопулярна, но в наше время заслуживает особого внимания. Доказательств этой теории еще не достаточно — одни экспериментальные данные на животных указывают на то, что с повышением темпа жизни, например, при повышении температуры, при продолжительности нервного напряжения, повышается интенсивность обмена, которая обратно-пропорциональна продолжительности жизни.
И.П. Павлов в своих экспериментах на животных показал, что нервные нагрузки вызывают преждевременное старение. Он создал учение об охранительном торможении — нормальном физиологическом механизме. Теория И.П. Павлова о роли ЦНС получила широкое распространение в 30-е годы. Она имеет непосредственное отношение к проблеме старения и долголетия. Но эта теория до сих пор вызывает дискуссии и побуждает вновь проводить эксперименты на животных, так как другие опыты на животных это не подтверждают.
Теорий старения много, но надо помнить о том, что хотя процессы старения обусловлены внутренними причинами — старение и длительность жизни также зависит от факторов окружающей среды. Поэтому нужно стремиться к тому, чтобы в организме происходило нормальное физиологическое старение, а не преждевременное патологическое. Максимальная продолжительность жизни — видовой признак, у человека она может достигать 120-150 лет. Средняя продолжительность жизни — непостоянная величина и зависит не столько от биологических факторов, сколько социальных условий и поведения самого человека. У людей, к сожалению, жизнь часто обрывается преждевременно в результате болезней, несчастных случаев и других причин.
Список источников:
Статью подготовила: врач-методист, к.м.н. Елена Алексеевна Линок
Теории старения
Вечная жизнь: завтра или никогда?
Геронтологи Александр Хохлов и Валерий Новосёлов – о том, почему мы стареем и есть ли способы этого избежать.
Механизмы старения и долголетия (2)
Вторая часть интервью всемирно известного исследователя процессов старения, профессора Гарвардской школы медицины Вадима Гладышева.
Механизмы старения и долголетия (1)
Интервью всемирно известного исследователя процессов старения, профессора Гарвардской школы медицины Вадима Гладышева.
Почему бороться со старением так сложно?
Почему старения так сложно избежать и есть ли у нас реальные перспективы жить дольше.
Их не обманешь
Новое исследование объясняет, за счет чего увеличивается ожидаемая продолжительность жизни – не благодаря замедлению старения.
5 фактов о старении
Когда человек начинает стареть, каков механизм старения, что такое мультиморбидность и как диета влияет на долголетие.
Рецепт землекопа
Старение многолико, оно проявляет себя в разных вариантах, для него пока нет какого-то одного определения. Что не мешает его изучать.
Как стареют клетки
Очередная глава из книги Полины Лосевой «Против часовой стрелки. Что такое старение и как с ним бороться» (Альпина нон-фикшн, 2020).
Все по плану
Поиски программы старения вышли на очередной виток развития: даже если ее не существует, ее придется придумать и запустить.
Свободнорадикальная теория
Отрывок из книги Полины Лосевой «Против часовой стрелки: Что такое старение и как с ним бороться».
Старение – последствие развития
Биолог Вадим Гладышев – о вероятности смертности, ранней смертности и важности процесса деления организмов.
Причина старения – жизнь
Биолог Вадим Гладышев – о хронических болезнях, ошибках метаболизма и теориях старения.
Три главные теории
Предлагаем ознакомиться с тремя наиболее известными теориями о причинах старения мозга.
Что показывают часы старения?
Русский учёный вывел новую теорию, которая принципиально меняет подход к процессам старения и методам борьбы с ним.
Загадки старения
У термина «старение» до сих пор нет четкого научного определения, а его причин насчитывается от 300 и выше.
Почему мы стареем?
В данной статье собраны теории старения, актуальные на сегодняшний день.
Еще один механизм старения
Группа российских цитологов и геронтологов выявила закономерность, проясняющую клеточные механизмы старения.
Лечить не старость, а болезни?
Проблема старения уводит ресурсы и умственные усилия человечества далеко от проблем и решений реального человеческого долголетия.
Познать тела меру
Как сегодня определяют биологический возраст человека и при чем тут машинное обучение.
Причины старения
Специалист по биогеронтологии Дэвид Джеймс о разных гипотезах старения, классификации болезней и роли генов в процессе старения.
Электронное СМИ зарегистрировано 12.03.2009
Свидетельство о регистрации Эл № ФС 77-35618
Механизмы старения
Что наука знает о продлении жизни
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. 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.
Но жить активной и полной жизнью в этом возрасте смогут далеко не все. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), среди десяти ведущих причин смертности в настоящее время лидируют возрастзависимые заболевания: ишемическая болезнь сердца (ИБС), инсульт, рак, сахарный диабет. Старение является главным фактором риска для этих и многих других социально значимых хронических заболеваний, включая нейродегенеративные, а именно сосудистую деменцию, болезни Альцгеймера и Паркинсона. В среднем к 50 годам у человека два хронических заболевания, а к 70 годам их уже семь. И если бы эти болезни не были смертельными, человек в глубокой старости приобретал бы весь возможный букет возрастзависимых заболеваний. Поэтому старение можно рассматривать как скрытый, доклинический этап возникновения и протекания этих заболеваний.
Начало старения
Чтобы победить старение и научиться вести полноценную жизнь в пожилом возрасте, необходимо понять, с чем именно мы боремся. И тут нет простого однозначного ответа.
Из оплодотворенной яйцеклетки мы вырастаем в организм, рождаемся и развиваемся, чтобы оставить потомство. Этот процесс физиологического, репродуктивного и психологического созревания индивида называется взрослением. Период оптимальной производительности человека приходится примерно на 20–40 лет: в это время он дает жизнь детям, обеспечивает их выживание, воспитывает их и дает им образование. После этого с точки зрения эволюции мы уже не нужны и можем спокойно умирать.
Есть гипотеза об «эффекте бабушки»: женщины живут дольше, так как отбором им была отведена роль помощи следующему поколению – выращиванию внуков. Кажется, что в этот момент и должно запуститься старение – дегенеративный процесс, приводящий к постепенной утрате адаптационных возможностей и способности поддерживать постоянство параметров внутренней среды.
На самом деле старение начинается еще в материнской утробе. Живой организм постоянно «приводит себя в порядок» с помощью специальных ферментативных «наномашин»: они чинят ДНК, утилизируют поврежденные белки, латают клеточные мембраны и так далее. Но со временем ломаются сами механизмы починки. И тогда каскад поломок становится экспоненциальным, и организм получает хронические болезни.
Старение – процесс многоуровневый. Мы утрачиваем сразу множество функций и стареем на всех уровнях: молекулярном, клеточном, тканевом, функциональном, психологическом. Нельзя выделить одну причину или следствие старения. Не существует особых генов, гормонов или органов, нацеленных эволюцией на реализацию программы старения. Старение, как и болезни, является лишь следствием разрегулировки механизмов самоподдержания живой системы и не привносит ничего принципиально нового в организацию нашего тела.
Причины старения
Раньше была популярна идея, что мы живем в окисляющей среде, которая является основным двигателем старения. Согласно этой идее, клетки тела просто не могут не начать накапливать окислительные повреждения, и именно они вызывают различные заболевания, связанные со старением. В конце 1990-х годов многие верили в то, что, если установить защиту против окислительных повреждений и повреждений свободными радикалами (любые молекулы или атомы, содержащие один или несколько неспаренных электронов на внешнем электронном уровне), можно защититься от старения. В магазинах до сих пор продаются пищевые добавки-антиоксиданты. Но в 2000-х годах эту теорию экспериментально проверяли на животных, добавляя антиоксиданты в пищу. Теория оказалась неверной: хотя окисление действительно происходит, оно не играет роли в процессе старения.
Рассмотрим основные механизмы старения.
Генные мутации. В ходе человеческой жизни сменяется множество поколений клеток организма. Они размножаются посредством деления. В ядрах клеток находятся хромосомы, предназначенные для хранения, реализации и передачи из поколения в поколение генетической программы развития и функционирования организма. Хромосомы состоят из двухцепочечных молекул ДНК. Цепочки ДНК построены из четырех букв (азотистых оснований) по принципу комплементарности: против аденина (A) всегда стоит тимин (T) и наоборот, а против гуанина (G) всегда стоит цитозин (С). Каждый участок ДНК – ген – определяет, как будут строиться белки, выполняющие в организме те или иные функции. В течение жизни некоторые гены случайно или повреждаясь под воздействием внешних неблагоприятных факторов изменяют структуру и активность. Эти изменения в геноме называются мутациями. За долгие годы мутации постепенно накапливаются, что приводит к сбоям в работе организма.
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.
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.
«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.
Борьба со старением
Также можно изучать генетику болезней, которые напоминают ускоренное старение человека. Например, при синдроме Хатчинсона – Гилфорда дети доживают примерно до 15 лет: у них выпадают волосы, появляется большое количество морщин, остеопороз. Этот синдром обусловлен мутацией в гене LMNA: из-за нее в клетках накапливается дефективный белок, что приводит к деформации мембран клеточных ядер (где хранятся хромосомы) и сбою многих эпигенетических процессов. Если взять накопление этого белка под контроль, возможно, некоторые дегенеративные процессы удастся замедлить.
В 2009 году Нобелевскую премию по физиологии или медицине присудили Элизабет Блэкбёрн, Кэрол Грейдер и Джеку Шостаку за открытие теломеразы – фермента, способного достраивать теломеры. Доступ к теломеразе имеют только зародышевые и стволовые клетки. Появилась идея, что если дать другим клеткам доступ к активной теломеразе, то они смогут достраивать теломеры, и старение замедлится. Но эта стратегия не сработала. Оказалось, что укорачивание теломер – это барьер для роста раковых опухолей: из-за установления ограничения на количество возможных делений клетки начинающейся опухоли труднее превратиться в по-настоящему злокачественную. Как только клетка получает неограниченный доступ к теломеразе, она начинает неограниченно делиться, и велик риск стать раковой.
Один из возможных способов продления жизни – редактирование генома. В экспериментах с животными ученые активировали отдельные гены или вносили в них изменения, что иногда приводило к существенному увеличению продолжительности жизни. Эксперименты на мышах показали, что редактирование генома на основе факторов, удлиняющих теломеры или перепрограммирующих обычные клетки в стволовые, способно удлинять жизнь. Банкирование стволовых клеток костного мозга в молодом возрасте с последующим их введением в старости у мышей также способствовало продлению жизни.
На сегодня единого лекарства от старения нет. Даже эксперименты на животных не дают уверенных результатов. Мы знаем, что необходимо комплексное воздействие на различные системы организма, чтобы продлить жизнь и одновременно улучшить ее качество. Можно увеличить устойчивость организма к какому-то стрессу. Можно убрать какие-то повреждения в ДНК. По отдельности эти вмешательства будут малоэффективны, но в совокупности они могут повысить качество жизни. Поэтому нужно систематизировать наши знания о старении, оценить вклад каждого из известных сегодня механизмов старения в долголетие целого организма и создать на этой основе математическую модель старения и долголетия человека. Нужны более точные и безопасные методы редактирования генома человека. Необходимы масштабные клинические исследования фармацевтических препаратов, биодобавок, диет, образа жизни с комплексной оценкой биологического возраста, возрастзависимых заболеваний и смертности от разных причин.
Об авторе:
Алексей Москалев – доктор биологических наук, заведующий лабораторией молекулярной радиобиологии и геронтологии Института биологии Коми НЦ УрО РАН, заведующий кафедрой экологии Сыктывкарского государственного университета, заведующий лабораторией генетики продолжительности жизни и старения в МФТИ.