Magyar Tudomá 2002

Физиологични и социални явления на стареенето

Цитологичните и генетични основи на стареенето

Институт по генетика, клетки и имунобиология
(Университет Semmelweis)

Член-кореспондент на Унгарската академия на науките, директор, университетски професор
(Университет Semmelweis)
[email protected]

Животът на многоклетъчните организми варира от оплождане до смърт. В първия етап от живота на преден план излизат прогресивни, конструктивни, а във втория - регресивни, разлагащи се процеси. Тогава можем да говорим за стареенето, което може да бъде определено по най-общия начин като поредица от промени, които водят до намаляване на оперативния капацитет. Способността на организма да се адаптира и да се съпротивлява е намалена, поради което могат да се развият редица свързани с възрастта заболявания. При живите организми признаците на стареене се проявяват на различни нива на организацията: молекулярно, органела, клетка, тъкан, орган и на нивото на самия организъм. В това проучване обобщаваме новите резултати от клетъчното стареене и се фокусираме само малко върху стареенето на телесно ниво.

За да се обяснят причините за стареенето, са разработени много теории, подкрепени от различни експериментални данни, които по принцип могат да бъдат разделени на две групи. Един от тях е този, който обяснява стареенето с вътрешни фактори, за специални събития грундове. Другата група, от друга страна, включва тези с външни увреждащи ефекти, със случайни събития да обясни стареенето.

Експерименталните резултати и наблюденията през последните години изглежда доказват, че причините за стареенето не се търсят предимно във въздействието на външни фактори, а са ясно генетично детерминирани. Вътрешните генетични влияния могат да се променят от външни фактори, още повече, че последните често влияят на стареенето, като засягат гените и тяхната експресия. През последните десетилетия се появиха множество теории, от които бяха споменати само най-значимите, както и тези, които наскоро бяха потвърдени.

Свободни радикали и теория на мутациите

Свободните радикали също индуцират мутации в ДНК в ядрото на клетките, някои от които се възстановяват, но не всички. Ъn. спонтанно с мутации, броят на тялото нараства с възрастта, те могат да се натрупват до такава степен поради ДНК дефекти, че да пречат на нормалните клетъчни функции.

Вероятната роля на свободните радикали се доказва от многобройни наблюдения, например, че при по-възрастните животни се произвеждат повече свободни радикали, отколкото при по-младите животни и при по-дългогодишните животни, отколкото при по-краткотрайните видове (5). В клетките обаче има ензими, които супероксид дисмутаза, на катал и а пероксидаза, които унищожават тези свободни радикали. Доказано е също така, че нивата на супероксиддисмутаза са по-високи при по-дългогодишните животни, отколкото при по-краткотрайните животни. Най-високото ниво се измерва при хората. По-ниските животни (Drosophila melanogaster, Caenorhabditis elegans), които съдържат допълнителни количества супероксиддисмутаза в някои от техните клетки, оцеляват с 40% повече от контролните животни (1). Поради вредното въздействие на получените свободни радикали, клетките също могат да избегнат самоубийство (апоптоза), като по този начин предотвратяват размножаването на увредената ДНК. Установено е, че протеин, p66shc, посредничи в този процес и за наблюдение на количеството свободни радикали. Мишките без този протеин имат 30% увеличение на продължителността на живота и са устойчиви на определени окислителни ефекти (2).

The антиоксиданти, По този начин витамините А, С и Е, както и глутатионът, предотвратяват или неутрализират образуването на свободни радикали. Повечето антиоксиданти се намират в цветни плодове (боровинки, череши, киви, портокали, сливи, ягоди) и зеленчуци (броколи, патладжан, спанак, див лук, лук). Експерименталните данни показват, че антиоксидантите повишават устойчивостта на организма, увеличават продължителността на живота, ако не чрез забавяне на процеса на стареене, но по такъв начин, че много тежки заболявания: рак, сърдечни заболявания хранителна промишленост (1).

Генетика и теория на теломерите

Изследванията върху стареенето също са област, в която изследователите са постигнали нови резултати с метода на клетъчната култура, тъй като повечето клетки на многоклетъчни организми могат да бъдат отстранени от тялото, те могат да бъдат държани при изкуствени условия, дори in vitro. Дори днес почти всички публикации за стареенето на клетките се позовават на статия на Hayflick, публикувана през 60-те години, чиято същност е, че при условията на клетъчна култура човешките фибробласти (клетки на съединителната тъкан) са основните фактори за образуването на човешки фибробласти. Ембрионалните клетки са приблизително. 50 пъти, клетките от възрастен произход са по-малко склонни да се делят с възрастта (5). След определен брой деления морфологията на клетките се променя, те не се делят и след това умират. Това също беше изненадващо, защото междувременно, тествани с туморни клетки, открихме, че те са безсмъртни и могат да се делят без тях. Въпреки че тези факти също предполагат, че има генетични фактори на фона на стареенето, точното обяснение по това време не е било известно.

Последните наблюдения също включват система за броене на деления, генетика ура доказателство. И тази генетична урна не е нищо повече от края на хромозомите, теломерите. Теорията за стареенето, базирана на това a teloméra elmйle (12).

ДНК носи генетичната информация на клетките, двойна, усукана, спирална макромолекула, която във всеки случай се дублира, преди клетките да се разделят. Този удвоен ДНК пакет първо се разделя на хромозоми, когато се разделя, след това се намалява наполовина, за да даде същата генетична информация на получените потомствени клетки.

Поради специалността на синтеза на ДНК, една верига на ДНК ще бъде по-къса с всяко дублиране. Така че колкото повече се дели клетката, толкова по-малка и по-малка е теломерната област. Според проучванията обаче това съкращаване започва едва на по-късен етап от индивидуалното развитие. Ъn. В стволовите клетки, от които са получени по-малките зародишни клетки, и в ембрионалните клетки има ензим, наречен теломераза, който е в състояние да удължи не късата верига на ДНК, която вече се синтезира от съответните ензими. Въпреки това, в определен момент от индивидуалното развитие теломерите спират да работят, като в този момент теломерите започват да се съкращават. След достигане на определена дължина морфологията на клетките се променя, те вече не се делят, настъпва стареенето на клетките (Фигура 1). Доказано е обаче, че теломеразата функционира в повечето туморни клетки, което обяснява неограничената способност на туморните клетки да се размножават (12).