Теории старения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теории старения

Молекулярно-генетические теории подразделяются на две большие группы. Одни ученые считают процесс старения закономерным, наследственно запрограммированным результатом развития организма. Но пока известны только отдельные элементы этой программы - регуляторные гены, меняющие активность синтеза РНК и белков другими генами на всех этапах существования организма, от первых делений яйцеклетки до последнего вздоха. Другие уверены, что старение - результат накопления случайных мутаций, ошибок в системе хранения и передачи генетической информации. Правы, как это часто бывает, и те, и другие, и многие из третьих.

Теломерная теория

Американским биохимиком и геронтологом Л. Хейфликом (Hayflick L.) в 1961 г. были опубликованы исследования по продолжительности жизни фибробластов человека in vitro. Было установлено, что клетки могут делиться (а значит и самообновляться) не более 50 раз. Это явление названо лимитом Хейфлика. Сам ученый не смог предложить достаточно обоснованного объяснения обнаруженному явлению. Позднее, в 1971 г. научный сотрудник Института биохимической физики РАН А.М. Оловников (основатель теломерной теории), используя данные о принципах синтеза ДНК в клетках, предложил гипотезу, по которой «предел Хейфлика» объясняется тем, что при каждом клеточном делении хромосомы немного укорачиваются. Подобно поезду, идущему по рельсам, фермент ДНК-полимераза движется по молекуле ДНК и снимает с нее копию. Но если поезд начнет движение не с конечной станции, а где-нибудь с середины ветки, то копия будет в два раза короче, то есть не весь генетический код будет воссоздан. Если это происходит постоянно, то генетического материала становится все меньше. С течением времени концевые участки хромосом - теломеры («телос» - конец, «мер» - часть) становятся короче именно по этой причине. Становятся короче на столько, что клетка уже не может делиться. Тогда она постепенно теряет жизнеспособность - именно в этом, согласно теломерной теории, и состоит старение клеток.

Также было установлено, что предел в 50-80 делений человеческие клетки должны исчерпать за приблизительное время в 120 лет, однако в большинстве случаев мы этого не видим, и к концу жизни организма, теломеры укорочены, как если бы клетка делилась именно 60 раз. Это объясняется тем, что теломеры укорачиваются не равномерно. Использовав регрессионный анализ данных о скорости укорочения теломер в клетках человека из 15 различных тканей и органов, (Takubo et al. 2002) установили, что они в среднем укорачиваются на 20-60 пар оснований в год. Длина теломер не имеет отчетливой корреляции со временем обновления клеток in vivo и скорее является индивидуальной характеристикой.

Открытие в 1985 г. фермента теломеразы американскими учеными Грейдер и Блекберн, достраивающего укороченные теломеры в половых клетках и клетках опухолей, обеспечивая их бессмертие, стало блестящим подтверждением теории Оловникова. Теломераза - возможно и есть тот ключ к воротам бессмертия. Связь старения клеток с укорочением теломер является общепризнанной.

Подобно поезду, идущему по рельсам, фермент ДНК-полимераза движется по молекуле ДНК и снимает с нее копию. Но если поезд начнет движение не с конечной станции, а где-нибудь с середины ветки, то копия будет в два раза короче, то есть не весь генетический код будет воссоздан. Если это происходит постоянно, то генетического материала становится все меньше. С течением времени концевые участки хромосом - теломеры («телос» - конец, «мер» - часть) становятся короче именно по этой причине.

Как работает теломераза

Теломераза отстраивает обратно концевые участки хромосом - теломеры, и таким образом продлевает жизнь. Кстати, в отличие от половых стволовых и раковых клеток в обычных клетках теломераза отключена, поэтому они не могут делиться бесконечно и ткани стареют.

Интересно, но бактерии и некоторые вирусы имеют кольцевую молекулу ДНК, у которой нет теломер (концевых участков) и нечему теряться при копировании. В связи с этим бактерии не стареют и в услугах теломеразы не нуждаются.

Теломеры необходимы для начала репликации (удвоения) ДНК: к ним прикрепляется РНК-затравка, с которой на каждой из нитей двойной спирали ДНК начинается синтез второй нити, комплементарной первой. После каждого деления клетки часть концевых нуклеотидов на каждой из вновь образованных хромосом безвозвратно теряется вместе с РНК-затравкой. Когда рано или поздно хромосома израсходует все нуклеотиды своих теломер, клетка не сможет делиться и через некоторое время погибает.

У эмбриона, в клетках-предшественниках сперматозоидов и яйцеклеток и клетках опухолей оставшиеся без парных нуклеотидов участки теломер достраивает фермент теломераза.

Она состоит из нескольких белковых глобул и нити РНК, в которой (у человека) на 450 оснований приходится только одна значащая - комплементарная теломерной - последовательность.

С ее помощью на последних этапах удвоения хромосом теломераза присоединяется к началу обреченного на гибель участка ДНК, достраивает небольшой отрезок из комплементарных ему нуклеотидов, передвигается на шаг к концу хромосомы - и так до тех пор, пока не восстановит исходную длину теломеры.

Вторую, комплементарную нить концевого участка ДНК достраивают ДНК-полимераза и остальной комплекс ферментов, за счет которых происходит удвоение нитей ДНК при делении клетки.

Теломерная теория старения выглядела вполне стройно, а исследования проведенные учеными из медицинского факультета Гарварда в Бостоне убедили практически всех.

Ученый Роналд Депиньо и его сотрудники из медицинского факультета Гарварда в Бостоне ставили опыты на мышах, у которых практически не работала теломераза. В результате чего в молодом возрасте у них уже возникали признаки старения. Ученым удалось восстановить активность теломеразы и повернуть вспять процессы старения. Как считают сами исследователи, это произошло благодаря активации дремлющих теломераз в стволовых клетках организма животных. Помня о том, что высокая активность фермента характерна и для раковых клеток, ученые действовали осторожно и избежали злокачественного перерождения.

Значит, всех нас ждет бессмертие в недалеком будущем? Звучит здорово, но видимо нет.

Сам Оловников, автор теломерной теории, до сих пор считает ее лишь теорией. Оказывается у человека длина теломер короче, чем у мышей, но живет он в десятки раз дольше. А у некоторых видов мышей, значительно отличающихся по длине теломер, продолжительность жизни остается одинаковой. Эти противоречия не могут окончательно убедить Оловникова, и он ищет более глубокие механизмы старения.

Исследователи испанского национального центра изучения рака, работающие под руководством Марии Бласко (Maria Blasco), в экспериментах на млекопитающих продемонстрировали, что на молекулярном уровне долголетие определяется не длиной теломер в каждый конкретный момент времени, а скоростью их укорочения.

Они спланировали лонгитюдное исследование, в ходе которого они на протяжении продолжительного периода времени измеряли длину теломер у одних и тех же животных (мышей).

Анализ полученных данных показал, что дольше всех жили не особи, имевшие наиболее длинные теломеры в любом возрасте, а мыши, теломеры которых укорачивались медленнее всего.

По словам Бласко, тогда как теломеры мышей значительно длиннее человеческих, оказалось, что они деградируют в 100 раз быстрее. Это опровергает старую догму, согласно которой нормальные мыши стареют не из-за укорочения теломер.

фибробласт теломераза клетка генетический

Размещено на Allbest.ru