Старение, генетика и восстановление ДНК

«Днем известно, что утро никогда не подозревало».
– Роберт Фрост

Старость является последним этапом жизненного процесса биологических, интеллектуальных и духовных изменений – во многих отношениях это кульминация жизни. Понимая в меру наших способностей, почему мы стареем, помогает нам противостоять нашей реальности и начинать работу по укреплению нашего тела, разума и духа для дальнейшего путешествия.

За прошедшее столетие или около того ученые сосредоточились на молекулярном, клеточном, органическом и социальном уровнях организации в поисках механизмов старения. Ни одна теория не учитывала наблюдаемые явления, но каждая из них содержит некоторые мучительные подсказки. Появились две основные линии мысли. Во-первых, процесс старения в основном обусловлен изменениями, которые запрограммированы или предопределены в нашем генетическом коде. Во-вторых, старение, по сути, происходит из-за жизненного акта – когда мы идем по жизни, наши телесные процессы и внешняя среда вызывают изменения в наших генах и функционирование наших клеток и тканей. Истина, вероятно, является комбинацией как генетических, так и негенных факторов.

Генетическое программирование

• Кислород и старение
• Материя – но не слепота – и наоборот
• Депрессия и расстройства настроения
• Вино-время года
• Воспитание ребенка с психическими заболеваниями

Источник: Марк Э. Уильямс

Существует мало сомнений в том, что генетические механизмы влияют на старение. У разных видов широко расходящиеся респираторы. Даже разные породы в пределах одного и того же вида демонстрируют четкие закономерности в отношении долговечности.

Вообще говоря, люди генетически связаны, чтобы жить на пике здоровья, пока не достигнете половой зрелости. Затем после репродуктивного периода здоровье постепенно снижается до смерти. Таким образом, в какой-то мере наша генетика похожа на подъемник. Они добираются до пика, и тогда мы можем решить, какую поездку мы хотим оттуда. Это может быть быстрым, захватывающим и коротким, или, возможно, более спокойным и насыщенным.

Но это относится ко всему вашему телу. Что из ваших отдельных клеток? У них также есть срок службы? Если мы генетически предопределены для возраста и смерти, как этот процесс может работать на клеточном уровне?

• 7 общих причин, почему люди используют наркотики
• Любить разбитое тело
• Наркомания и мозг
• Туберкулез и слабоумие
• Небольшие ошибки с огромными последствиями

В начале 20-го века лауреат Нобелевской премии Алексис Каррел десятилетиями доминировал над научным мышлением с его интеллектом, сильной личностью и утверждал, что клетки были бессмертными. Его доказательством была клеточная культура эмбрионального сердца цыпленка, которая продолжала быть жизнеспособной более 20 лет, дольше, чем продолжительность жизни обычного цыпленка. Это явление также неоднократно наблюдалось в раковых клетках человека, которые, как известно, выжили в течение десятилетий и продолжали разделяться, по-видимому, на неопределенный срок.

Утверждение о том, что все клетки бессмертны, умерло в 1965 году, когда Леонард Хейфлик доказал, что нормальные клетки имеют ограниченную способность к делению (около 50 клеточных делений). После достижения этой точки клетки либо умирают, либо попадают в период старения, в течение которых они могут оставаться метаболически активными, но не могут реплицироваться. Кажется, что клетки отслеживают количество делений клеток, используя повторяющиеся последовательности на концах их нитей ДНК, называемых теломерами. Теломеры не имеют генетической функции, кроме как сигнализировать конец нити. Вы можете представить их как строку из 50 периодов в конце предложения. Каждый раз, когда ДНК копируется, две нити, делающие двойную спираль, не совсем выстраиваются в линию. Маленький нож удаляется, сокращая теломер. По мере того, как теломер уменьшается с каждой последовательной репликацией, ДНК-цепь в конечном итоге достигает точки, когда клетка больше не может делиться.

Чтобы усложнить это естественное уменьшение теломер, существуют способы, которые теломеры могут «искусственно» удлиняться или сокращаться. Раковые клетки, например, часто имеют механизм, который удерживает теломеры длинными, позволяя опухоли расти неограниченно. Одним из таких механизмов является теломераза, ферментный комплекс, который удлиняет теломеры и активируется примерно в 90% опухолей. Теломеры также могут быть укорочены окислительным стрессом из свободных радикалов (подробнее об этом позже). Фактически, повреждение свободными радикалами может быть более мощным детерминантом длины теломер, чем число делений клеток. Стресс также может играть определенную роль: теломеры людей, которые чувствуют хроническое стресс, как было показано, составляют лишь половину длины теломер неактивных людей. Воспаление и дефицит витамина D также могут сокращать теломеры.

Хотя теперь мы знаем, что длина теломер указывает клеткам, сколько еще раз они могут делить, что гораздо менее очевидно, так это влияние этого процесса на общее функционирование человеческого тела. Утверждается, что длина теломера связана с артритом, деменцией, остеопорозом, сердечными заболеваниями и продолжительностью жизни, но имеющиеся данные не полностью подтверждают эти утверждения. Кроме того, нет доказательств клеточной недостаточности у двух из наиболее плодовитых стволовых клеток в организме, клеток, которые вырезают нашу кишку и те, которые находятся в нашем костном мозге. Также нет корреляции длины и длины теломер у лиц в возрасте от 38 до 100 лет для любого компонента крови. Более того, большинство систем, которые наиболее явно подвержены старению, такие как нервная система, зрение, слух, мышцы, кости и кожа, едва ли имеют какие-либо клеточные деления вообще в течение жизни.

Таким образом, вывод, который можно сделать из всего этого, состоит в том, что существует вероятный генетический компонент для старения и продолжительности жизни, и мы понимаем, что длина теломер влияет на продолжительность жизни отдельных клеток. Но как генетика и длина теломер действительно влияют на старение человека на практике, недостаточно понятны. Основываясь на текущих знаниях, попытка повлиять на старение, манипулируя длиной теломер, является неопределенным использованием времени и денег.

Ущерб и восстановление ДНК

Вполне возможно, что наша ДНК играет роль в старении несколько косвенно, поскольку она страдает от повреждения на протяжении жизни, и в конечном итоге этот урон становится вредным. Ряд элементов, таких как ультрафиолетовый свет и свободные от кислорода радикалы, могут повредить ДНК, изменив ее последовательность – изменение, перемещение или удаление фрагментов ДНК. Кроме того, клеточный аппарат, который воспроизводит нашу ДНК, иногда допускает ошибки. Имея около 70 миллионов клеточных репликаций в день в организме человека, понятно, что случайные ошибки будут возникать при репликации ДНК. Если повреждение ДНК может накапливаться, генетический механизм может разрушаться, приводя к аномальным белкам и другим клеточным компонентам, которые, в свою очередь, вызывают нарушения или ослабления наших тканей и органов. ДНК внутри митохондрий наших клеток (клеточная «электростанция») более подвержена воздействию и, таким образом, особенно вероятно, будет повреждена, в результате чего снижение производства энергии снижается в эффективности и производительности клеток. Потеря клеточной энергии может быть основной чертой старения и нескольких хронических состояний.

С течением времени мы разработали много защитных средств для выявления и восстановления повреждения ДНК. Частота восстановления ДНК каждого человека может варьироваться в зависимости от клеток, и некоторые гены, такие как те, которые регулируют рост клеток, восстанавливаются быстрее, чем другие гены. Возможности восстановления ДНК, по-видимому, связаны со старением. Например, сравнительные биологи обнаружили, что способность к репарации ДНК напрямую связана с долговечностью видов. Чем быстрее и эффективнее восстанавливается ДНК, тем больше срок службы. С другой стороны, генетические мутации, которые компрометируют восстановление ДНК, наблюдаются в некоторых семьях с сильной историей рака.

Ослабленный ремонт ДНК является признаком заболеваний, связанных с так называемым «ускоренным старением». В редком заболевании, называемом синдромом Вернера, например, один дефект гена препятствует репликации ДНК, в результате чего теломеры становятся значительно короче, чем обычно. Затронутые люди проявляют преждевременное облысение, катаракту, атеросклероз, рак, сахарный диабет и другие изменения, связанные со старением. Тот факт, что этот один генетический дефект приводит к столь многим изменениям, вызванным старением, указывает на то, что нарушенные механизмы восстановления ДНК могут также отвечать за некоторые аспекты процесса старения у здоровых людей.