Молекулярно-генетическая теория старения

3. Молекулярно-генетические теории

Молекулярно-генетическая теория старения

ВведениеРасшифровкамеханизма старения человека и животныхявляется одной  из фундаментальныхпроблем всей современной науки. Пониманиепроцессов старения позволит разработатьновые методы, направленные на продлениежизни человека. За последние десятилетиябыло предложено много теорий старения.

Исследованиепроцесса старения, являющееся предметомизучения различных медико-биологических,психологических и социологическихшкол, показывает, что в течение жизнинаступает определенный момент, в которомпроцесс развития, то есть обогащения иусложнения функционирования внутреннихорганов, а также соответствующегообеспечения организма, замедляется, авпоследствии переходит в стадию регресса,или инволюции, что получило названиестарения.

Понятияо сущности, причинах и механизмахстарения со временем менялись. Этосвязывалось не только с развитиемнаучных знаний, но и изменениемособенностей старения в обществе. Рослапрежде всего средняя продолжительностьжизни, последнее определялось изменениемусловий жизни и социального строя,успехами медицины и другими преимуществамипрогресса и цивилизации.

Внастоящее время мы располагаембиологическими теориями старения ипсихологическими подходами к определениюсущности старости и старения.

  1. Старение-физиологический процесс

Старение– физиологический процесс, сопровождающийсязакономерно возникающими в организмевозрастными изменениями, имеющими воснове своей наследственнозапрограммированный характер,ограничивающими его адаптационно-регуляторныемеханизмы и неизбежно приводящие кстарости».

Наука,занимающаяся изучением изменений,связанных с естественным процессом-старением, называется геронтология.Изучением, лечением и профилактикойболезней старческого возраста занимаетсягериатрия.

Биологиястарения изучает инволютивно- возрастныеизменения на субклеточном, клеточном,тканевом, органном и системном уровняхорганизма животных и человека.

Приизучении биологических механизмовстарения обращают внимание наонтобиологические изменения, коррелирующиес биологическим возрастом живых форм, видоспецифические изменения, свойственныеорганизмам определенного вида,хронобиологические изменения, отражающиепринципы временной организации живыхсистем, а также на межпопуляционную имежиндивидуальную вариабельностьвозрастного процесса.

Взависимости от характеристик инволюционно-возрастных изменений различают: естественное (физиологическое,нормальное), ускоренное (преждевременное,патологическое), замедленное(ретардированное) старение.

Для«естественного» старения характерныскорость развертывания и последовательностьинволютивно-возрастных проявлений,соответствующие биологическимадаптиционно-регуляторным возможностямпредставителям данной популяции. «Ускоренному» старению свойственноболее раннее развитие инволютивно-возрастных проявлений или более выраженное ихпроявление в соответсвующих возрастах.

«Замедленное»старение отличается сравнительно более низкой скоростью инволютивно-возрастных проявлений. Закономерным проявлениемтакого старения является феномендолголетия.

В процессе старенияпостепенно снижаются обменные процессы,потребление кислорода, количествовыделяемой углекислоты. Клетки обедняютсяводой, снижается содержание в тканяхкалия, фосфора, магния, а количествокальция, натрия, хлора возрастает.

Кальций все больше откладывается встенках сосудов, делая их более хрупкимииз-за сужения просвета, неспособнымипоставлять необходимое количествокрови тканям. Ослабляется деятельностьсердца, падают ударный и минутный объем.Подвергнутые склерозу почки уменьшаютдиурез. Из-за снижения выработкипищеварительных ферментов недостаточнаусвояемость корма.

Снижается, а затеми выпадает репродуктивная функция.Постепенная инволюция лимфоидной тканиведет к ингибиции иммунной системы.Повышается чувствительность к патогенамразличного происхождения.

2.Механизмы старенияФизиологическиемеханизмы:Мозг животныхи человека, нервная система играютглавную роль в старении. С возрастомнервная ткань подвергается износу навсех уровнях организации: структурном,биохимическом и функциональном.

Структурныеизменения проявляются  в значительнойутрате количества нейроновв базальных ганглиях, мозжечке испинном мозге. В головном мозге изменениязатрагивают только небольшую частьнейронов.Научно доказанным фактомв механизме старения являетсяроль гипоталамуса(это внешний подкорковыйцентр вегетативной нервной системы).

Учеловека с возрастом в гипоталамусеснижается концентрация норадреналинаи ДОФА-декарбоксилазы, в то время какконцентрация моноаминооксидазы иацетихолинэстеразыувеличивается.Старение сопровождаетсятакже снижением количества водыв мозговой ткани и изменениемсосудистой циркуляции в мозге.

В клеткахнервной системы меняется состав липидов,усиливается активность свободнорадикальных процессов, накапливаютсямутации ДНК, снижается синтез белков.Самымзначимым функциональным изменениемнервной системы у  старыхлюдей является заторможенностьповедения.

Это проявляется не только вдвигательных реакциях, но и при сложныхпроцессах усвоения информации, которыеассоциируются с краткосрочной памятью.Нарушения сна касаются фаз глубокогосна. От состояния центральной нервнойсистемы (ЦНС) зависит также и осанка.

Снижение функциональной активностивегетативной нервной системы проявляетсяв форме гипотонии, нарушении терморегуляции,расстройства желудочно-кишечного трактаи недержания мочи. В старости активностьсимпатической нервной системыповышается,что может влиять напознавательные функции 

Иммунологические механизмы старения: Иммунная система тесно связана с системой гемопоэза(системой кроветворения). Они обе имеютединое происхождение от общих поливалентныхстволовых клеток, которые содержатсяв костном мозге.

Эти системы играютключевую роль в защите организма,предупрежденииопухолей (иммунныйнадзор) и возникновении ответа наинфекционные агенты. Оказывается, чтос возрастом основной гемопоэз у животныхи человека не изменяется.

Правда,резервные возможности этой системымогут сужаться, что и приводит к снижениюспособности реагировать на стрессовыевоздействия. Периферические лимфоидныеорганы, такие как селезенка и лимфоузлы,с возрастом не претерпевают измененийв размерах.

Продукция стволовых клетокхорошо сохраняется в зрелом возрасте.Обмен цинка, который играет существеннуюроль в иммунокомпетенции, в старостиснижается. 

Поэтомуочень важно включать в свойрацион достаточное количество продуктов,содержащих цинк (пшеничные отруби,печень телячья жареная, угри вареные,говядина, дрожжи, кедровые орехи, сырпармезан, желток яичный, анчоусы, куриноемясо, молоко цельное). Иммунная и нервнаясистемы связаны через эндокриннуюсистему. Это взаимодействие осуществляетсяглавным образом циркуляцией гуморальныхфакторов посредствомэпифизарно-гипоталамо-гипофизарнойсистемы.

Теории старенияобъясняют причины и механизмы старения.Механизмы старения проявляются в сотняхтипах изменений на всех уровнях – отмолекулярного до физиологического.Старение – это комплекс процессов,каждый из которых снижает сопротивляемостьорганизма. В совокупности эти процессымогут усиливать влияние друг друга начеловеческий организм.

Единойтеории старения сегодня не существует

Ученые-геронтологисходятся в том, что старение обусловленомногими причинами. Большинство современныхтеорий старения базируются на изученииотдельных процессов, происходящих пристарении организма.

Гипотеза,согласно которой причиной старенияявляются изменения генетическогоаппарата клетки, является одной изнаиболее признанных в современнойгеронтологии.

Молекулярно-генетическиетеории подразделяются на две большиегруппы. Одни ученые рассматриваютвозрастные изменения генома какнаследственно запрограммированные.

Другие считают, что старение – результатнакопления случайных мутаций.

Отсюдаследует, что процесс старения можетявляться или закономерным результатомроста и развития организма, или следствиемнакопления случайных ошибок в системехранения и передачи генетическойинформации.

3.1Теория«перекрестных сшивок»

Этотмеханизм старения немного похож навоздействие свободныхрадикалов.Только роль агрессивных веществ здесьиграют сахара, в первую очередь – всегдаприсутствующая в организме глюкоза.Сахара могут вступать в химическуюреакцию с различными белками. При этом,естественно, функции этих белков могутнарушаться.

Но что гораздо хуже, молекулысахаров, соединяясь с белками, обладаютспособностью «сшивать» молекулы белковмежду собой. Из-за этого клетки начинаютхуже работать. В них накапливаетсяклеточный мусор. Одно из проявленийтакой сшивки белков – потеря тканямиэластичности.

Внешне наиболее заметнымоказывается появление на коже морщин.Но гораздо больший вред приносит потеряэластичности кровеносных сосудов илёгких. В принципе, у клеток естьмеханизмы для разрушения подобныхсшивок. Но этот процесс требует оторганизма очень больших энергозатрат.

 Сегодняуже существуют лекарственныепрепараты, которые разбивают внутренниесшивки и превращают их в питательныевещества для клетки

3.2 Теломерная теория старения

В1961 году Леонард Хейфлик обнаружилзамечательный эффект. Он экспериментальноустановил, что соматические(телесные) клетки могутделиться только ограниченное числораз. Как будто в клетках существуетсвоего рода молекулярный счетчик. Онфиксирует, сколько делений уже сделано.И не дает клетке делиться сверхопределенного предела.

Хейфлик установил,что фибробласты (основная клеточнаяформа соединительной ткани организма)клеток кожи делятся примерно 50 плюс-минус10 раз, после чего останавливаются. Пойдяеще дальше, он взял клеточные культуры,которые были заморожены после того, какклетки разделились 25 раз.

Оттаяв, этиклетки продолжили делиться, пока недостигли предела в 50 делений, а затемвсе же погибли. Почему это происходит?Российский ученый Алексей Оловников в1971 году предположил, что ограниченноеколичество делений клетки связано смеханизмом удвоения ДНК.

Он устроентак, что концы линейных хромосом(теломеры) с каждым делением укорачиваются.Поэтому после некоторого количестваделений (около 50) клетка больше делитьсяне может. Было выяснено, что длинателомер (концевых участков) хромосомзависит от возраста человека. Чем старшечеловек, тем средняя длина теломерменьше.

Таким образом, при каждом деленииклетки ее ДНК укорачивается, что служит«счетчиком» числа делений и, соответственно,продолжительности жизни.

Источник: https://studfile.net/preview/2180932/

Теории и механизмы старения человека: как вообще не стареть?

Молекулярно-генетическая теория старения

На протяжении всей истории человеческой цивилизации люди мечтали о бессмертии и вечной молодости. В каждой религии потусторонние разумные существа, которые бессмертны и не подвержены старению. И только люди по причине несовершенства, дряхлеют и умирают.

Лучшие умы человечества искали истинные причины старения и лекарства от него. Однако тысячелетия поисков так и не принесли результата.

Может быть, современная наука хоть на йоту подошла ближе к ответу, что играет основную роль в процессе старения человека?

Причины старения с точки зрения современной науки

популярные теории старения человеческого организма с точки зрения различных научных открытий.

Власть имущие во все времена поощряли работу тех ученых, кто брался за борьбу со старением, ведь любой властитель, чья жизнь клонится к закату, не пожалеет ничего за возможность наслаждаться властью и богатством бесконечно долго.

Поэтому база знаний по этой проблематике накоплена достаточно большая. И что же на данный момент удалось узнать о старении? Разработаны теории старения, объясняющие, почему, человек со временем дряхлеет и они разделены на группы:

Молекулярно-генетическая группа

  1. Теломерная;
  2. Элевационная;
  3. Адоптационно-регуляторная;
  4. Перекрестных сшивок.

Схоластическая (вероятностная) группа:

  1. Влияния свободных радикалов;
  2. Радиационная;
  3. Апоптоза;
  4. Редусомная (автор Оловников);
  5. Соматических мутаций;
  6. Нейрогенная;
  7. Программированного старения;
  8. Медавара и Захера.

Молекулярно-генетическая теломерная теория

Это одна из наиболее популярных теорий старения (материал из Wikipedia), и она выдвинута герантологом из США Л. Хейфликом в далеком 1961 году. Он смог экспериментально доказать, что клетки человеческого организма имеют ограниченную способность к делению (в частности, фибробласты способны это сделать не более 50 – 60 раз).

Пример движения молекул.

Однако объяснения этому явлению ученый найти не смог. Его причины были выявлены десять лет спустя, биохимиком А. Н. Оловниковым, который обнаружил на концах каждой ДНК специфические участки – теломеры, укорачивающиеся после каждого деления хромосомы. Когда лимит делений исчерпывается, клетка претерпевает определенные дегенеративные изменения, постепенно приводящие ее к гибели.

Нейрогенная теория

Основоположником данной теории выступил знаменитый академик Павлов И. П. Приверженцы нейрогенной теории считают главной причиной старения человеческого организма функциональные расстройства работы ЦНС.

Геронтологи из Франции, придерживающиеся той же точки зрения, первопричину проблемы видят в уменьшении когнитивных возможностей человеческого головного мозга.
Представители ученого мира Соединенных Штатов связывают постепенное изменение работы организма человека с накоплением шлака в пространствах между клетками головного мозга.

Влияние свободных радикалов

Суть теории заключается в отрицательном влиянии на человека химических частиц, на внешних орбитах которых располагаются неспаренные электроны, благодаря которым они очень активно вступают в реакции с окружающими молекулами.

Теория отрицательного воздействия свободных радикалов.

В организме радикалы могут образоваться:

  • как обычный промежуточный продукт в течение нормального обмена веществ;
  • под действием мощного источника ионизирующего облучения (радиации).

Подтверждение данной теории старения удалось получить также во время проведения эксперимента с человеческими клетками – фибробластами.

Исследуемый образецПродолжительность жизни
Человеческие фибробласты, прошедшие 45 генераций, контрольный образец65 генераций
Человеческие фибробласты, прошедшие 45 генераций, к культуре которых был добавлен витамин ЕБолее 100 генераций

Таким образом, было доказано участие в процессе старения свободных радикалов. Эксперименты по связыванию свободных радикалов, проводимые с целью подтверждения или опровержения данной теории, принесли интересные результаты.

Мушки-дрозофилы и мыши, получавшие в пищу большие дозы витамина Е, способного дезактивировать свободные радикалы, жили ощутимо дольше существ из контрольной группы.

Механика старения

Теоретическое обоснование изменений, происходящих в человеческом организме с возрастом, понятно, а каковы механизмы старения? Они подразделяются на две основные группы:

  1. физиологические механизмы;
  2. иммунологические механизмы.

Обе группы являются результатом постепенного износа человеческого организма, но проявляются на разных уровнях организации.

Физиологические механизмы

Возраст не щадит любые ткани человеческого организма, в том числе и нервную, которая меняется комплексно на всех уровнях своего существования:

  1. структурном;
  2. биохимическом;
  3. функциональном.

Физиологические механизмы старения на структурном уровне проявляются потерей большого числа нервных клеток спинного мозга, мозжечка и базальных ганглий. Головной мозг при этом страдает гораздо меньше.

Что касается биохимических изменений, то они особенно заметны на примере гипоталамуса. В нем постепенно падает содержание ДОФА-декарбоксилазы и норадреналина, а ацетилхолинэстеразы и моноаминооксидазы, напротив, растет.

Меняются некоторые другие показатели:

  • снижается содержание воды в тканях мозга;
  • меняется соотношение различных видов липидов;
  • усиливаются свободно радикальные процессы;
  • растет количество ДНК-мутаций;
  • падает скорость синтеза белков.

Следствие всего этого – функциональные расстройства организма:

  • заторможенность двигательных реакций;
  • замедление запоминания новой информации;
  • расстройство фазы глубокого сна;
  • изменение осанки;
  • гипотония;
  • проблемы с регуляцией температуры тела;
  • недержание мочи;
  • расстройства работы ЖКТ.

С возрастом становится более активной симпатическая система, что оказывает определенное влияния на познавательную функцию.

Иммунологические механизмы

Связь системы кроветворения и иммунитета очень тесна. Обе они защищают организм от заражения инфекциями и развития опухолей. С возрастом не падает гемопоэз, не меняется размер селезенки и лимфатических узлов.

Иммунологические механизмы старения заключаются в:

  • сужении резерва систем;
  • замедлении их реакции на стрессовые ситуации.

С возрастом снижается обмен цинка, от которого во многом зависит иммунокомпетенция. Улучшить ее параметры можно, принимая препараты, содержащие соли этого металла.

Изменения в человеческом организме в процессе старения

С научной точки зрения, старение является физиологическим процессом, который сопровождается определенными изменениями:

  • падает скорость обмена веществ;
  • снижается потребление кислорода и выделение углекислого газа;
  • уменьшается содержание воды, ионов магния, фосфора и калия в клетках тела;
  • растет концентрация ионов хлора, натрия и кальция;
  • соли кальция откладываются на сосудистых стенках, нарушая их нормальное функционирование;
  • сердце слабеет, — снижаются как минутный, так и ударный объем;
  • почки склерозируются, по причине чего падает диурез;
  • еда усваивается все хуже из-за снижения продукции пищеварительных ферментов;
  • ослабевает и выпадает функция размножения;
  • ослабевает иммунитет.

Все эти инволютивные изменения на любом уровне могут происходить по трем типам:

  1. ускоренному;
  2. естественному;
  3. замедленному.

С точки зрения сохранения вечной молодости, интересно рассмотрение последнего пункта. В процессе замедленного старения инволютивно-возрастные изменения организма значительно замедляются, порождая феномен долголетия. Над разгадкой его причине работают лучшие ученые умы человечества.

Можно ли не стареть вообще?

Несмотря на все старания ученых и на то, что известные ныне теории старения охватывают широкий спектр причин, ведущих к инволюции и смерти человека, действенного рецепта вечной молодости так и не было создано. Существуют нестареющие люди, которым удалось остановить этот процесс.

Что нужно делать чтобы отсрочить начало процесса старения и замедлить этот процесс? Сохранить молодость немного дольше, чем большинство окружающих возможно, но для этого следует прилагать усилия с самого раннего возраста.

Вот ряд основных рекомендаций, придерживаясь которых можно отсрочить наступление старости и продлить полноценную жизнь:

  • употребление чистой пищи без химических добавок любого вида;
  • обильное питье;
  • умеренные регулярные физические нагрузки;
  • употребление в пищу большого количества рыбы или рыбьего жира, содержащего природный антиоксидант – витамин Е;
  • сбалансированное питание с большим количеством сырых овощей и фруктов;
  • строгий режим сна и бодрствования;
  • спокойные доброжелательные отношения со всеми окружающими;
  • своевременное лечение любых заболеваний;
  • регулярные полные медосмотры;
  • регулярная коррекция иммунитета;
  • после наступления климакса – коррекция гормонального фона.

Выполняя перечисленные выше рекомендации можно существенно продлить молодость и жизнь вообще. Что касается более радикальных методик, то хирургия уже имеет опыт пересадки головного мозга животных в другое тело.

Животные оставались живы непродолжительное время, а их организмы не могли полноценно функционировать, однако, первые шаги сделаны! Значит, не за порогом то время, когда мозги достаточно богатых клиентов смогут пересаживать в более молоды тела. Но выиграет ли от этого общество в целом – большой вопрос!

Источник: https://ProStarenie.ru/prichiny-stareniya/teorii-stareniya.html

Основные теории старения – международный студенческий научный вестник (электронный научный журнал)

Молекулярно-генетическая теория старения
1 Мелихова Л.В. 1 Чентиева Л.А. 1 Лущик М.В. 1 1 Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко 1. Журавлева Т.П. Основы гериатрии: учеб. пособие для студентов учреждений сред. проф. образования. М.: ФОРУМ: ИНФРА. М., 2003. 271 с.
2. Лобачев А.Н.

Биогенез митохондрий при дифференциации и старении клеток. ВИНИТИ 19.09.85, №6756-В85 Деп., 1985, с. 28.
3. https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Старение_человека
4. Руководство по геронтологии и гериатрии: Клиническая гериатрия / Под редакцией В.Н. Ярыгина, А.С. Мелентьева. М.

: ГЭОТАР-МЕД, 2003. 523 с.

Сегодня существует несколько альтернативных теорий, которые отчасти противоречат друг другу, а отчасти – дополняют.

Современная биология уделяет проблеме старения очень большое внимание, и с каждым годом появляются новые факты, позволяющие глубже понять механизмы этого процесса.

Молекулярно-генетические теории. Гипотеза, согласно которой причиной старения являются изменения генетического аппарата клетки, является одной из наиболее признанных в современной геронтологии. Молекулярно-генетические теории подразделяются на две большие группы.

Одни ученые рассматривают возрастные изменения генома как наследственно запрограммированные. Другие считают, что старение – результат накопления случайных мутаций.

Отсюда следует, что процесс старения может являться или закономерным результатом роста и развития организма, или следствием накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации.

Теория свободных радикалов. Практически одновременно выдвинутая Д. Харманом (1956) и Н.М.

Эмануэлем (1958), свободнорадикальная теория объясняет не только механизм старения, но и широкий круг связанных с ним патологических процессов (сердечно-сосудистых заболеваний, ослабления иммунитета, нарушений функции мозга, катаракты, рака и некоторых других).

Согласно этой теории, причиной нарушения функционирования клеток являются необходимые для многих биохимических процессов свободные радикалы – активные формы кислорода, синтезируемые главным образом в митохондриях – энергетических фабриках клеток.

Если очень агрессивный, химически активный свободный радикал случайно покидает то место, где он нужен, он может повредить и ДНК, и РНК, и белки, и липиды.

Природа предусмотрела механизм защиты от избытка свободных радикалов: кроме супероксиддисмутазы и некоторых других синтезируемых в митохондриях и клетках ферментов, антиоксидантным действием обладают многие вещества, поступающие в организм с пищей – в том числе витамины А, С и Е. Регулярное потребление овощей и фруктов и даже несколько чашек чая или кофе в день обеспечат вам достаточную дозу полифенолов, также являющихся хорошими антиоксидантами. К сожалению, избыток антиоксидантов – например, при передозировке биологически активных добавок – не только не полезен, но может даже усилить окислительные процессы в клетках.

Старение – это ошибка. Гипотеза «старения по ошибке» была выдвинута в 1954 г. американским физиком М. Сциллардом. Исследуя эффекты воздействия радиации на живые организмы, он показал, что действие ионизирующего излучения существенно сокращает срок жизни людей и животных.

Под воздействием радиации происходят многочисленные мутации в молекуле ДНК и инициируются некоторые симптомы старения, такие как седина или раковые опухоли. Из своих наблюдений Сцилард сделал вывод, что мутации являются непосредственной причиной старения живых организмов.

Однако он не объяснил факта старения людей и животных, не подвергавшихся облучению. Его последователь Л.

Оргель считал, что мутации в генетическом аппарате клетки могут быть либо спонтанными, либо возникать в ответ на воздействие агрессивных факторов – ионизирующей радиации, ультрафиолета, воздействия вирусов и токсических (мутагенных) веществ и т.д. С течением времени система репарации ДНК изнашивается, в результате чего происходит старение организма.

Теория апоптоза. Академик В.П. Скулачев называет свою теорию теорией клеточного апоптоза. Апоптоз – процесс запрограммированной гибели клетки. Как деревья избавляются от частей, чтобы сохранить целое, так и каждая отдельная клетка, пройдя свой жизненный цикл, должна отмереть и ее место должна занять новая.

Если клетка заразится вирусом, или в ней произойдет мутация, ведущая к озлокачествлению, или просто истечет срок ее существования, то, чтобы не подвергать опасности весь организм, она должна умереть. В отличие от некроза – насильственной гибели клеток из-за травмы, ожога, отравления, недостатка кислорода в результате закупоривания кровеносных сосудов и т.д.

, при апоптозе клетка аккуратно саморазбирается на части, и соседние клетки используют ее фрагменты в качестве строительного материала. Самоликвидации подвергаются и митохондрии – изучив этот процесс, Скулачев назвал его митоптозом. Митоптоз происходит, если в митохондриях образуется слишком много свободных радикалов.

Когда количество погибших митохондрий слишком велико, продукты их распада отравляют клетку и приводят к ее апоптозу. Старение, с точки зрения Скулачева, – результат того, что в организме гибнет больше клеток, чем рождается, а отмирающие функциональные клетки заменяются соединительной тканью.

Суть его работы – поиск методов противодействия разрушению клеточных структур свободными радикалами. По мнению ученого, старость – это болезнь, которую можно и нужно лечить, программу старения организма можно вывести из строя и тем самым выключить механизм, сокращающий нашу жизнь.

По мнению Скулачева, главная из активных форм кислорода, приводящих к гибели митохондрий и клеток – перекись водорода. В настоящее время под его руководством проходит испытания препарат SKQ, предназначенный для предотвращения признаков старения.

Теория соматических мутаций. Многие работы показали увеличение с возрастом числа соматических мутаций и других форм повреждения ДНК, предлагая репарацию (ремонт) ДНК в качестве важного фактора поддержки долголетия клеток.

Повреждения ДНК типичны для клеток, и вызываются такими факторами как жёсткая радиация и активные формы кислорода, и потому целостность ДНК может поддерживаться только за счёт механизмов репарации.

Действительно, существует зависимость между долголетием и репарацией ДНК, как это было продемонстрировано на примере фермента поли-АДФ-рибоза-полимеразы-1 (PARP-1), важного игрока в клеточном ответе на вызванное стрессом повреждение ДНК. Более высокие уровни PARP-1 ассоциируются с большей продолжительностью жизни.

Теория бактериальной интоксикации организма. Оригинальную гипотезу выдвинул выдающийся русский биолог И.И.

Мечников (1845-1916), который считал старение результатом интоксикации организма продуктами обмена бактерий, обитающих в кишечном тракте, и продуктами азотистого обмена веществ самого организма (мочевая кислота).

Образуются ядовитые вещества, в том числе – скатол, индол, фенол (карболовая кислота), крезол, кадаверин (трупный яд), тирамин и другие токсины.

Теломерная теория Оловникова. Во многих клетках человека утрата способности их к делению связана с утратой теломер на концах хромосом, после определённого количества делений.

Это происходит из-за отсутствия фермента теломеразы, который обычно экспрессуется только у зародышевых и стволовых клеток.

Недавно было обнаружено, что окислительный стресс также может иметь влияние на утрату теломер, значительно ускоряя этот процесс в определённых тканях.

В настоящее время нет основной теории старения, они все занимают важное место в науке.

Библиографическая ссылка

Мелихова Л.В., Чентиева Л.А., Лущик М.В. ОСНОВНЫЕ ТЕОРИИ СТАРЕНИЯ // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 4-2.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=16084 (дата обращения: 12.02.2020).

Источник: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=16084

Молекулярно генетическая центриолярная теория старения Ткемаладзе

Молекулярно-генетическая теория старения

В конце ХХ-го века была выдвинута новая теория старения, в процессе доказательства которой была опровергнута теломерная теория. По новой гипотезе за старение организма отвечают структуры вне ядра клетки, это белковые структуры которые участвуют в делении клеток и являются счетчиком деления – центриоли. Так родилась центриолярная теория Ткемаладзе.

Центриолярная теория Ткемаладзе поставила под вопрос предыдущие гипотезы, приводя неоспоримый факт. Из ядра соматической клетки, возможно, вырастить клонированное животное, значит, она также несет в себе генетическую информацию. Тогда логичнее допустить, что за старение отвечает не ядро, а структуры в цитоплазме.

Исследования клеток привели к выводам, что именно центриоли отвечают за этот процесс. Перед каждым делением они удваиваются, а также руководят формированием каркаса клетки – цитоскелета, который играет важнейшую роль в жизни клетки.

Цитоскелет координирует объединение клеток в ткань и метаболизм клеток, отвечает за начальные этапы эмбрионального развития. Он же отвечает за прохождение внешних сигналов в ядро, вплоть до сигнала на уничтожение клетки. Когда число делений клетки исчерпано, центриоли погибают, прекращается поддержка цитоскелета, а значит, клетка стареет и гибнет.

Исключение составляют только клетки способные к  регенерации , как, к примеру, клетки печени взрослых животных.

По центриолярной теории Ткемаладзе существуют бессмертные клетки, такими считают клетки высших растений, оплодотворенная яйцеклетка и еще несколько видов изначально лишенных центриолей и цитоскелета. К этому перечню относятся и злокачественные раковые клетки, у которых резко нарушена ориентация центриолей и изменена структура цитоскелета.

Старение организма начинается тогда, когда клетки исчерпали свой лимит делений. Такие клетки становятся дифференцированными, или специализироваными.

В организме человека первыми дифференцированные становятся стволовые клетки. Их большинство имеет подавленный механизм деления, оно формируют запас, все другие идут на формирование организма.

Постепенно запас расходуется, для возобновления клеток тканей, когда он исчерпается, стволовые клетки не возобновляют его.

    Молекулярно-генетическая теория является одной из наиболее признанных в современной геронтологии. Данная гипотеза видит причину старения в первичных изменениях генетического аппарата клетки.

Процесс старения может являться или наследственно обусловленным, закономерным результатом роста и созревания, или следствием накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации. Родоначальником первой группы молекулярно-генетических теорий является А.

Вейсман, который выдвинул гипотезу о разделении функций между соматическими и половыми носителями генетического материала. По А. Вейсману, естественное старение отсутствует у одноклеточных организмов.

  

Эволюционное противоречие между необходимостью дифференциации клеток и обеспечением их бессмертия путем неограниченного деления привело к необходимости разделения клеток на соматические, которым было позволено дифференцироваться и стареть, и бессмертные зародышевые, или половые.

В сущности, соматические клетки созданы для обеспечения жизнедеятельности половых клеток, обеспечивающих сохранение и передачу генетического материала в популяции. При выполнении функции размножения индивид становится бесполезным для популяции. 

Также, по Вейсману, в результате естественного отбора преимуществом пользовались виды с наилучшим соотношением между плодовитостью и продолжительностью жизни. Отсюда был сделан вывод, что наибольшая продолжительность жизни обусловлена генетически в виде количества поколений соматических клеток многоклеточного организма.

Для подтверждения молекулярно-генетической теории проводился ряд научных исследований. Например, были выполнены опыты для обнаружения соотношения между ограничением питания в молодом возрасте и темпами роста животных.

При ограничении питания у животных происходят замедление роста и задержка полового созревания, а следовательно старения. Происходит это потому, что организму требуется большее время для достижения окончательных размеров, т. е.

старение, как и другие этапы онтогенеза, контролируется генами.

Последователем теории А. Вейсмана стал и Л. Хейфлик, который установил, что нормальные соматические клетки человека имеют лимитированный митотический потенциал и определенную продолжительность жизни.

Для опыта брали из организма клетки соединительной ткани – фибробласты, которые затем помещали в питательную среду.

Результатом этого явилось выявление числа Хейфлика – строго ограниченного количества делений, после которого культура погибала.

Казалось, что молекулярно-генетическая теория получила свое подтверждение. Структурой, ведущей счёт клеточным делениям были признаны концевые участки хромосом- теломеры. Но теломерная теория никак не объясняла как взамосвязаны счёт делений и появление необратимой дифференциации в поколении клеток.

К концу XX-го века накопилось достаточно фактов. заставляющих искать “фактор старения” вне ядра

Согласно центриолярной теории Ткемаладзе за возрастные изменения в многоклеточном организме отвечают центриоли – белковые структуры, которые участвуют в делении животных клеток. Клетки животных могут делиться строго определенное число раз, после чего неизбежно погибают, и именно центриоли, согласно теории, выступают в роли счетчика делений.

Старение организма начинается, когда клетка в ходе определенного числа делений становится дифференцированной, то есть специализированной. Первым дифференциированным поколением являются стволовые клетки.

У большей их части организменными механизмами подавляется возможность деления- создается запас. Остальная часть расходуется на формирование организма.

Клетки тканей периодически возобновляются за счет поэтапног расходования запаса стволовых клеток.

Согласно теории «факторы старения» следует вообще искать не в геноме, и даже не в клеточном ядре, иначе из ядра соматической клетки не удалось бы вырастить клонированных животных.

Следовательно, факторы старения должны находиться в цитоплазме, а если вспомнить, что возраст(поколение) клеток определяется не временем, а числом клеточных делений, а процесс деления напрямую связан с центриолями, то именно их логичнее всего считать часами, отмеряющими клеточную жизнь.

Центриоли – это два белковых цилиндрика, расположенных рядом, перпендикулярно друг другу. Перед каждым клеточным делением они удваиваются. Помимо деления, центриоли «руководят» формированием белковых тяжей и микротрубочек, которые составляют каркас клетки, или цитоскелет.

По последним данным, роль центриолей и цитоскелета в животной клетке чрезвычайно велика. Именно цитоскелет координирует метаболизм клетки, начальные этапы эмбрионального развития, объединение клеток в ткань.

Микротрубочки определяют перемещение практически всех внутриклеточных компонентов, в том числе во время клеточного деления. Цитоскелет проводит в клеточное ядро внешние сигналы, в том числе команду о запуске апоптоза – уничтожения клетки.

Весьма вероятно, что эта структура участвует в злокачественной трансформации клетки, во всяком случае, она регулирует работу многих важных онкогенов. И наконец, центриоли, возможно, могут контролировать и длину теломер, и работу фермента теломеразы.

Когда клетка прекращает делиться и специализируется, ее центриоли необратимо портятся. И только клетки, способные восстановить это повреждение, могут вернуть себе способность к делению. Таковы, например, клетки печени взрослых животных, одного из немногих способных к регенерации органов.

Согласно теории, клетки, изначально лишенные центриолей и цитоскелета, или же клетки, у которых эти структуры возникли впервые, не могут считать свои деления и потому, во-первых, бессмертны, а во-вторых, неспециализированны. Этим условиям отвечают клетки высших растений, оплодотворенная яйцеклетка и ранние бластомеры некоторых животных.

Эти клетки действительно бессмертны и неспециализированны. Если же каким-то образом испортить центриоли у дифференцированной клетки, она тоже обретет бессмертие. Таковы раковые и трансформированные клетки, у которых многие ученые обнаружили резкое изменение структуры цитоскелета и ориентации центриолей.

Злокачественные клетки бессмертны, а уровень их специализации соответствует тому этапу развития, на котором их застала трансформация. 

  • Из любой клетки растения можно получить цельный организм.
  • Это невозможно сделать в случае животной клетки.
  • Сравним растительную и животную клетку.
  • Основное  отличие в том, что клетки растений содержат пластиды и не содержат центриоли.
  • Животные клетки не содержат пластиды и в у них есть центриоли.
  • Центриоли во время мейоза в яйцеклетках исчезают, а в сперматозоиде трансформируются.
  • После опдодотворения тотипотентная зигота  совершает деление и даёт первое поколение клеток.
  • Это поколение дает следующее поколение.
  • В одном из поколений клетки теряют тотипотентнось и встают на путь необратимой дифференцировки- они проиобретают определенный морфогенетический статус.
  • То есть в них отключилась одна группа генов и включаются другая группа генов.
  • В таких клетках появляются центриоли. сформированные de novo.
  • После определенного количества делений, в конкретном поколении, отключается и эта группа генов.
  • Вместо нее включается другая группа генов- то есть изменяется морфогенетический стстаус.
  • Количесиво поколений, которое может дать зигота, ограниченно.
  • У клеток с наивысшим морфогенетическим статусом включается запрограммированная смерть.
  • Суещствует конечный морфогенетический статус – «лимит Хейфлика»
  • Не все клетки одного поколения делятся одновременно.
  • Регенерации тканей происходит за счёт «сохраненных» клеток с более низким морфогенетическим статусом.
  • Периодическое восстанавление клеток тканей расходует определённое количество стволовых клеток с более низким морфогенетическим статусом.
  • Когда стволовые клетки полностью израсходуются, организм умирает от старости.
  • Если научится изменять морфогенетический статус клеток, то удастся получить из любых клеток стволовые клетки.
  • То есть можно будет периодически, по мере расходования восполнить “запас” стволовых клеток.
  • Что успешно манипулировать морфогенетическим статусом,  требуется найти где и как записана информация о морфогенетическом статусе клетки.
  • Согласно теории, такая запись существует в центриоли- органоиде, характерном только для дифференциированных соматических клеток животных и человека.
  • Возможно, что счетчик клеточных делений расположен внутри или около этой самореплицирующей структуры.
  • Возможно, что образование в клетке «счетчика» de novo происходит на основе матрицы ДНК митохондрий или ядра.
  • Скорее всего эта  структура является уложенными в одну структуру малыми РНК или малыми белками.
  • Когда клетка делится, происходит репликация этой структуры.
  • Определенные факторы, например, свободные радикалы, способствуют отделению от нее малой РНК (или малого белка).
  • Эта отщепивщаяся молекула малой РНК (или малого белка) попадает в цитоплазму клетки нового поколения.
  • Возможно, она способна влиять на структуры ДНК ядра- выключеются группы генов, характерные для предыдущего поколения клеток и включаются новые группы генов.
  • В  последнее время накопилось достаточно экспериментальных данных, подтверждающих необходимрсть проверить эту гипотезу о том, что центриоль явлеяется носителем структуры счета деления клеток, морфогенетический статуса и репликативного старения.

Часть этих аргументов представлены в статьях:

Potential role of centrioles in determining the morphogenetic status of animal somatic cells; J. Tkemaladze, K. Chichinadze; Cell Biology International Volume 29, Issue 5 , May 2005, Pages 370-374

Centriolar mechanisms of differentiation and replicative aging of higher animal cells; Tkemaladze JV, Chichinadze;  KN, Biochemistry (Mosc). 2005 Nov;70(11):1288-303

Centrosomal hypothesis of cellular aging and differentiation; Chichinadze KN, Tkemaladze DV; Adv Gerontol. 2008;21(3):367-71

Источник: http://www.moscowuniversityclub.ru/home.asp?artId=15837

Лечим Сами
Добавить комментарий