М. Канунго - Биохимия старения

2. В ряде работ было показано, что возрастные изменения ферментов обратимы, с возрастом активность одних ферментов снижается, других — повышается. Некоторые ферменты не подвержены возрастным изменениям (гл. 3). Уровни определенных ферментов, которые снижаются в пожилом возрасте, можно повысить введением стероидных гормонов, например холин-ацетилтрансферазы и ацетилхолинэстеразы головного мозга [54], пируваткиназы ткани сердца [15], тирозинаминотрансферазы [97] и аланинаминотрансферазы печени [92] крыс. Лаг-фаза индукции некоторых ферментов гормонами с возрастом увеличивается [1]. Это отражает уменьшение числа рецепторов или их сродства к гормонам [61]. Вместе с тем изменения в хроматине могут привести к ослаблению его связывания с комплексом гормон — рецептор, следствием чего будет ухудшение ответа на гормоны. В общем, однако, содержание некоторых ферментов можно изменить введением стероидных гормонов in vivo. Поскольку действие этих гормонов опосредовано экспрессией генов, результаты этих работ показывают, что те изменения, которые связаны с перестройкой функции генома, являются обратимыми.

3. а) Для того чтобы выяснить, изменяется ли с возрастом первичная структура белков, были изучены некоторые ферменты у молодых и старых животных. Замещение любой аминокислоты в белке указывало бы на изменение кодона соответствующего гена или на появление ошибок во время транскрипции/трансляции. Кинетические и иммунологические исследования малатдегидрогеназы [59], аргиназы [96], ацетилхолинэстеразы [84] и цитоплазматической аланинаминотрансферазы [93], выполненные Канунго и сотр., показали, что первичная структура этих ферментов у старых крыс, по-видимому, такая же, как у молодых. Сривастава [117] провел триптическое картирование актина и миозина скелетных мышц молодых, взрослых и старых крыс и никаких различий не обнаружил.

б) Работы Гершона и его сотрудников [30, 98, 99, 133] и Ротстайна и его сотрудников [106, 111] показали, что величины К м, K i, электрофоретическая подвижность и положение при изоэлектрофокусировании различных ферментов нематоды Turbatrix aceti и крыс с возрастом не меняются. Снижение удельной активности и увеличение термолабильности ферментов в старом возрасте, по-видимому, обусловлено незначительными посттрансляционными изменениями боковых групп аминокислот, но не замещениями аминокислот. Хотя определение первичной структуры белков молодых и старых животных является лучшим способом для выяснения, остаются ли последовательности аминокислот специфических белков одинаковыми в течение всей жизни, этот способ вызывает некоторые возражения. Поскольку очистка любого фермента включает этапы, на которых происходит разделение молекул белка по ряду свойств, может происходить элиминация любого измененного белка. Поэтому обычно выделяют только те белки, которые имеют одинаковую первичную структуру. Однако современный уровень знаний позволяет утверждать, что первичная структура белков и, следовательно, последовательность нуклеотидов в соответствующих генах с возрастом не меняются.

Почему же тогда изменяется с возрастом содержание ферментов, кодируемых специфическими генами? Эти изменения, ответственные за перестройку различных функций, отмечаются на протяжении всей жизни. Если структура генов не зависит от возраста, то содержание ферментов может изменяться в результате функционирования или экспрессии генов, трансляции или обмена ферментов. Транскрипция и период экспрессии генов — наиболее ранние стадии синтеза белка, нарушение которых может быть причиной изменения уровня ферментов. Гены образуют комплексы с белками двух видов, гистонами и негистоновыми хромосомными белками (НГБ), которые могут влиять на их экспрессию. Гистоны — это основные, неспецифические белки, обладающие общим репрессивным действием на функцию гена. Они подвержены различным модификациям типа фосфорилирования, ацетилирования, метилирования и ADPрибозилирования которые в разной степени влияют на их ассоциацию с ДНК. Кроме того, степень подобных модификаций снижается не только с возрастом, но и после транскрипции [64–66].

НГБ гетерогенны и участвуют в тонкой регуляции экспрессии генов. Они также подвергаются ковалентным изменениями которые модулируются эффекторами типа эстрадиола и кальция [64]. НГБ принимают участие в транскрипции (гл. 2).

Ковалентные изменения хромосомных белков и их модуляция эндогенными эффекторами могут быть главной причиной, изменения экспрессии гена; они индуцируются в различные периоды жизни, вызывая изменения уровней продуктов генов, в. том числе ферментов, и побочных продуктов, таких, как гормоны и метаболиты (гл. 2). Последовательные появления и исчезновения белков во время дифференцировки проста являются показателем подобных изменений экспрессии гена. Как предположили Каплан и Ордал [12], на самой ранней стадий развития экспрессируется большинство генов, а по завершении развития все большее число генов становится необратимо репрессированным, что приводит к появлению клеток различных типов. Полагают, что это происходит под действием внутри- и межклеточных модуляторов. Бенкс и Мехеффи [7] предположили, что за дифференцировку ответственна сходная цикличная репрессия генов. В обоих случаях уровни модуляторов являются критическими для репрессии некоторых генов в одних, но не в других клетках. Так образуются дифференцированные клетку.