По ходу жизни в организме накапливается много поломок: испорченные белки, нежизнеспособные клетки, мутации в ДНК. Все это проявляется в старении, полагают ученые. 

Изучение биосинтеза белка в стареющих клетках

Для обычного человека старение — это прежде всего внешние признаки, которые бросаются в глаза. Морщины на лице, дряблые мышцы, частые болезни, постоянная усталость, забывчивость. Но в чем причина старения? Одни ученые считают, что в геноме заложена соответствующая программа, другие рассматривают старость как заболевание, третьи пеняют на повреждения ДНК из-за окислительного стресса, который вызывается активными радикалами в клетках.Как бы то ни было, все сходятся во мнении, что искать причину нужно на уровне молекул. Что происходит в клетках организма с возрастом? Как меняется их функционирование?Главная задача — изучение биосинтеза белка в стареющих клетках. Дело в том, что на этот процесс уходит порядка 80 процентов энергии клетки. Белки — строительный материал организма, неудивительно, что клетки заботятся в первую очередь об их производстве. В каждой клетке постоянно синтезируется множество белков, согласно информации, закодированной в ДНК. Сначала последовательность определенного гена считывается в молекулу матричной РНК (мРНК), затем специальные молекулярные машины — рибосомы — синтезируют с нее белок, закодированный в считанном гене. Причем белок должен быть правильно свернут и уложен.Чтобы посмотреть, как меняется биосинтез белка, ученые применили очень сложный современный метод, позволяющий фиксировать все реакции по синтезу белков в клетке — составлять рибосомный профайлинг.Одна мРНК соответствует чаще всего одному гену, всего в ДНК десятки тысяч генов, значит, у каждого типа клеток — свой набор из тысяч мРНК. Если сделать «мгновенные снимки» наборов мРНК в органах мышей разного возраста — от одного до 32 месяцев — получиться системная картина. Оказалось, что у мышей с годами все хуже работают те мРНК, с которых синтезируются компоненты самих рибосом. У молодой особи молекулярный аппарат для биосинтеза белков активно нарабатывается. В пожилом возрасте этот процесс затухает, в клетке появляется много испорченных белков. Разумеется, такой важный процесс не может не оказывать влияния на функции организма и, скорее всего, становится одной из причин.Многие исследователи связывают старение с накоплением в клетке испорченных белков других компонентов. Логично предположить, что если этот процесс замедлить, то старение можно отсрочить. Для этого необходимо притормозить общий биосинтез белка в клетках.

Биосинтез белка

Биосинтез белка. Слева процесс транскрипции — считывания с ДНК информации посредством РНК, производство рибосомы — молекулярной машины по синтезу белков; справа — процесс трансляции, то есть синтеза белков рибосомой, согласно считанному коду. Со временем биосинтез белка в клетке замедляется, ломается, накапливается все больше неправильных белков.

Действие рапамицина на клетки человека

На подавление биосинтеза белка направлено большое количество экспериментов по продлению жизни. Сделать это можно и с помощью диеты. Известнее всего рационы питания с ограничением калорий, а также с добавлением лекарств, например, рапамицина, влияющих на активность определенных регуляторов.Биосинтез белка в клетке контролируется на нескольких уровнях, одни из главных игроков — киназа mTOR. Она служит хабом, ключевым регулятором клеточного метаболизма, чувствует, есть у клетки пища или нет, в первую очередь аминокислоты — «кирпичики», из которых строятся белки. В зависимости от этого она повышает или подавляет активность белкового синтеза. Рапамицин опосредованно блокирует действие mTOR, а та «выключает» производство компонентов рибосомы. Получается, что клетки начинают синтезировать меньше белка, поврежденные продукты накапливаются медленнее, и это немного замедляет старение, если рассматривать его как накопление поломок.Действие рапамицина показано на животных, однако применять его к человеку пока рано: препарат имеет серьезные побочные эффекты, ведь его изначально использовали как иммуносупрессор при трансплантации. Опыты на людях-добровольцах идут в Сингапуре, но пока положительных результатов нет.Действительно, в молодом организме биосинтез белка идет быстро, в старом — медленно. Если хотим продлить жизнь и давим белковый синтез, получается абсурд: из молодого организма делаем старый. Этим путем нельзя увеличить продолжительность жизни более чем на 20-30 процентов. Причем изрядную часть времени человек будет находиться в стареющем состоянии. Это паллиатив, просто отодвигающий грустный финал.

Максимальный возраст животных

Максимальная продолжительность жизни животных. Она зависит от стратегии, реализованной в процессе эволюции вида. Не всегда естественный отбор направлен на поддержание долгожительства. К примеру, мышь живет всего три-четыре года, поскольку в природе у нее много врагов.

Рождение и смертность

Ученые  попытались объяснить с помощью старения кривую смертности людей.Исходя из того, что старение — это накопление молекулярного «мусора» в клетках и тканях , в том числе поломок в ДНК (которые, в отличие от синтеза неправильных белков, неустранимы), оно фактически начинается сразу после рождения. Соответственно, кривая смертности должна идти от точки отсчета координат плавно вверх. На самом деле у кривой U-образная форма: смертность очень высока с момента зачатия, к девяти годам сходит на нет и затем плавно растет с возрастом.Выходит, человек родился старым, а потом молодеет? Но это абсурд.Когда были проанализированы большинство из открытых данных о том, как накапливаются повреждения и мутации с возрастом, то оказалось, что они подтверждают теоретическую кривую смертности. Значит, с их помощью реальный график не объяснить.Предполагается, что высокая смертность в период от зачатия до девяти-десяти лет отражает отбор неудачных генетических сочетаний. Большинство эмбрионов, вообще говоря, погибает не родившись. Например, до стадии имплантации из всех оплодотворенных яйцеклеток не доживает 60-70 процентов. Многие зародыши погибают после прикрепления. Затем смертность снижается и к девяти годам прекращается, и вот тогда на первый план выходит фактор старения.

Омоложение возможно только в теории

Возможно, чтобы перевести организм из старого состояния в молодое, надо, наоборот, усилить биосинтез белка? Надо, чтобы клетка взбодрилась, начала интенсивно нарабатывать новые молекулы и в то же время быстрее убирать накопленный «мусор», как бы самообновилась. Если научиться запускать оба эти процесса одновременно, то тогда. наверное, можно рассчитывать на существенное увеличение продолжительности жизни.Способ самообновления клетки есть, это факторы Яманаки: вещества, которые переключают гены в ДНК, заставляя взрослые, оформившиеся клетки превращаться в эмбриональные, с биохимической точки зрения их возраст — ноль. Японский ученый Синъя Яманака, открывший этот метод, получил в 2012 году Нобелевскую премию.Проблема в том, что омолодившиеся клетки (их называют индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками, ИПСК) теряют специализацию, то есть забывают, что они были, например, клетками печени или мышцы. Если такую операцию по омоложению выполнить с клетками во взрослом организме или подсадить ему ИПСК, это приведет к опухоли.Данный процесс пока не научились как следует контролировать, хотя позитивные результаты есть. Но я опять же считаю это искусственным способом. А ведь у нас есть природный механизм — клетки зародышевой линии. Они остаются у человека на протяжении всей жизни и дают начало потомству. Удивительно то, что в исключительных случаях: из них даже у человека в возрасте 60 или 70 лет, как у Чарли Чаплина, могу получиться организмы с возрастом ноль.Клетки зародышевой линии образуются с самого начала и стареют вместе с человеком — хотя и немного по другой траектории. Как и во всех клетках, с годами там накапливаются повреждения, «мусор». Но затем они генерируют половые клетки, которые после слияния делятся и дают начало новому организму, возраст которого обнулен. Пока непонятно, в какой момент и как происходит это омоложение. Не исключено, что при делении и росте эмбрион сильно увеличивается в объеме и этот «мусор» растворяется, разводится до минимальной концентрации.Возможно в нас заложена специальная программа, которая включается в нужный момент, при этом стираются все химические метки в ДНК, которые влияют на активность генов и начинает обновляться белковый состав клетки. А может быть, действует что-то другое. В любом случае именно этот процесс сейчас и нужно активно изучать

Поделиться

Похожие записи