М. Канунго: Биохимия старения

Ускорение или замедление последовательных процессов активации и репрессии генов может начаться в любой точке данной последовательности функционирования генов для каждого периода и зависит от того, где именно происходит изменение одного или нескольких генов. Поэтому периоды жизни формируются каждый раз, когда возникают новые виды. Это может приводить к укорочению или удлинению жизни новых видов по сравнению с их предками и определять различия в продолжительности жизни родственных видов млекопитающих (табл. 1.1). Другие механизмы, которые изменяют продолжительность и скорость протекания каждого периода, могут быть связаны со временем, необходимым для процессинга гяРНК в мРНК в ядре и для трансляции мРНК.

Подтверждение модели

В соответствии с рассматриваемой моделью (рис. 9.6) изменения в генах, происходящие в определенное время данного периода, могут повлиять не только на длительность и скорость протекания данного периода, но и на общую продолжительность жизни. Основные положения этой модели подтверждаются симптомами наследственных болезней человека — прогерии и синдрома Вернера. Причиной прогерии является мутация аутосомного гена. В этом случае, даже если новорожденный ребенок кажется нормальным и нормально растет, примерно в 6-летнем возрасте у него обнаруживаются признаки старения, а в 8 лет появляются такие старческие симптомы, как атеросклероз, накопление липофусцина, поседение волос и пр., т. е. ребенок выглядит как преждевременно состарившийся человек. Кроме того, фибробласты, полученные от 9-летних больных прогерией, претерпевают меньшее число удвоений популяций, чем фибробласты здорового 9-летнего ребенка. Очевидно, такое состояние вызвано изменениями в одном или нескольких генах, необходимых, согласно модели, для развития организма. Мутация в этих генах, возможно, препятствует синтезу важного фактора (факторов), который необходим для дальнейшего развития и роста ребенка. Отсутствует инициация перехода в репродуктивный период, так как это событие зависит от включения нескольких уникальных генов, осуществляемого факторами, которые продуцируются в относительно поздней стадии развития, а эти факторы у больных прогерией не образуются. Следовательно, рост не завершается, сокращается период развития и полового созревания не происходит. С момента экспрессии мутантных генов продолжительность жизни сокращается. Не исключено, что продукты мутантных генов включают функционирование каких-то нежелательных генов. Было бы важно выяснить, продуцируются ли при этом половые гормоны и в каком количестве. Подобно прогерии, синдром Вернера также является наследственным заболеванием, которое вызывается мутацией аутосомного гена. У больных с синдромом Вернера развитие по длительности и характеру протекает более или менее нормально. По-видимому, мутации происходят в одном или нескольких генах, ответственных за инициацию и поддержание половой функции в репродуктивном периоде. В этом случае сокращается репродуктивный период, а следовательно, и продолжительность жизни. Исследование большого числа мутаций у человека и животных, которые изменяют длительность развития и репродуктивного периода, могло бы внести ясность в этот вопрос.

Другим подходящим примером является феномен "внезапной смерти", наблюдаемый у самки осьминога [130]. Самки осьминога Octopus hummelincki откладывают яйца только один раз; высиживая их, они отказываются от пищи и погибают вскоре после вылупления молодых особей. Если после кладки у животного удаляют обе глазные железы, оно не высиживает яйца, продолжает питаться и расти и долго живет. Очевидно, в глазной железе вырабатываются определенные факторы, ответственные за высиживание и прекращение приема пищи, из-за чего наступает старость и смерть. Удаление железы или этих факторов предохраняет животное от ранней гибели. По-видимому, в процессе кладки яиц может истощиться запас каких-то веществ, способных стимулировать зрительные железы к образованию гормонов, изменяющих поведение. Было бы важно установить, сохранит ли жизнеспособность и будет ли расти самка осьминога, если ее подвергнуть стерилизации. Сходное явление наблюдается у лосося и некоторых насекомых.

Каждый вид имеет уникальный набор генов, необходимых для развития и размножения. Их последовательная активация/репрессия, начиная с оплодотворения, определяет продолжительность периода развития и начало репродуктивного периода. Продолжительность репродуктивного периода зависит от способности организма возмещать утраченные факторы и (или) предупреждать накопление некоторых других факторов. Утрачиваемые факторы могут быть необходимы для поддержания определенных генов в активном состоянии, а других — в репрессированном. Факторы, которые накапливаются, могут инициировать некоторые нежелательные гены, например гены вирусов, или воздействовать на функцию других важных генов. Результатом дисбаланса факторов и модуляторов является потеря организмом репродуктивной и других функций, т. е. старение. Последней рассмотренной теорией не предусматриваются никакие уникальные гены, которые вызывают старение. Не предполагается также, что старение запрограммировано как развитие и размножение. Тогда как периоды развития и размножения находятся под контролем уникальных генов, которые активируются или репрессируются в определенное время, в соответствии с данной моделью никакие специальные гены в процессе старения не участвуют. Следовательно, старение нельзя считать запрограммированным событием, иначе нужно допустить существование специфических генов, предназначенных для этой цели и отобранных в ходе эволюции, которые активируются в определенное время после репродуктивного периода. Предполагают, что физиологическое старение — только следствие полового созревания, причем оно реализуется и в том случае, когда размножение не осуществляется. Преждевременное старение, как видно на примерах прогерии и синдрома Вернера, является патологическим и вызывается мутациями. Оно возникает вследствие дестабилизации гомеостатического контроля генов, функционирующих в репродуктивном периоде. Отсюда следует возможность продления репродуктивного периода путем улучшения функции генома, например возмещением утраченных факторов или удалением накопившихся вредных продуктов, и действительно, у млекопитающих в ходе эволюции отмечено постепенное увеличение продолжительности жизни, в частности репродуктивного периода. Это указывает на то, что происходил отбор в пользу видов с большей продолжительностью жизни и более длинным репродуктивным периодом. Следовательно, предположение об эволюции старения так же невероятно, как предположение о программировании старения по аналогии с периодами развития и размножения. Несомненно, старение сыграло в эволюции положительную роль, так как оно способствовало избавлению популяции от неразмножающихся особей, что создавало условия для размножения более молодых; тем самым оно благоприятствовало обновлению вида. Благодаря этому появлялись особи с новыми свойствами, более перспективными для отбора и эволюции.