Содержание
- Генетическая теория старения
- Теории старения
- Гены и функции организма
- Как гены влияют на продолжительность жизни
- Ключевые концепции генетической теории старения
- Три основные генетические теории старения
- Доказательства, лежащие в основе теории
- Доказательства против генетических теорий старения
- Суть
- Что можно сделать, чтобы уменьшить «генетическое» старение клеток?
Генетическая теория старения
Генетическая теория старения утверждает, что продолжительность жизни во многом определяется наследуемыми нами генами. Согласно теории, наше долголетие в первую очередь определяется в момент зачатия и во многом зависит от наших родителей и их генов.
В основе этой теории лежит то, что сегменты ДНК, расположенные на концах хромосом, называемые теломерами, определяют максимальную продолжительность жизни клетки. Теломеры - это фрагменты «мусорной» ДНК на концах хромосом, которые становятся короче с каждым делением клетки. Эти теломеры становятся все короче и короче, и в конечном итоге клетки не могут делиться без потери важных фрагментов ДНК.
Прежде чем углубляться в принципы того, как генетика влияет на старение, а также аргументы за и против этой теории, полезно кратко обсудить основные категории теорий старения и некоторые из конкретных теорий в этих категориях. В настоящее время не существует одной теории или хотя бы одной категории теорий, которые могли бы объяснить все, что мы наблюдаем в процессе старения.
Ваши гормоны стареют?Теории старения
Есть две основные категории теорий старения, которые фундаментально различаются тем, что можно назвать «целью» старения. В первой категории старение - это, по сути, случайность; накопление повреждений и износа тела, что в конечном итоге приводит к смерти. Напротив, теории запрограммированного старения рассматривают старение как преднамеренный процесс, контролируемый таким образом, который можно сравнить с другими фазами жизни, такими как половое созревание.
Теории ошибок включают несколько отдельных теорий, в том числе:
- Теория износа и старения
- Скорость жизни теория старения
- Теория сшивания белков при старении
- Свободнорадикальная теория старения
- Теория соматических мутаций старения
Запрограммированные теории старения также разбиты на различные категории в зависимости от метода, которым наши тела запрограммированы на старение и смерть.
- Запрограммированное долголетие. Запрограммированное долголетие утверждает, что жизнь определяется последовательным включением и выключением генов.
- Эндокринная теория старения
- Иммунологическая теория старения
Эти теории и даже категории теорий старения во многом пересекаются.
Гены и функции организма
Прежде чем обсуждать ключевые концепции, связанные со старением и генетикой, давайте рассмотрим, что такое наша ДНК и некоторые из основных способов, которыми гены влияют на нашу продолжительность жизни.
Наши гены содержатся в нашей ДНК, которая присутствует в ядре (внутренней области) каждой клетки нашего тела. (Существует также митохондриальная ДНК, присутствующая в органеллах, называемых митохондриями, которые присутствуют в цитоплазме клетки.) У каждого из нас есть 46 хромосом, составляющих нашу ДНК, 23 из которых происходят от наших матерей и 23 - от наших отцов. Из них 44 - аутосомы, а две - половые хромосомы, которые определяют, будем ли мы быть мужчинами или женщинами. (Митохондриальная ДНК, напротив, несет гораздо меньше генетической информации и передается только от наших матерей.)
В этих хромосомах лежат наши гены, наш генетический план, ответственный за передачу информации для каждого процесса, который будет происходить в наших клетках. Наши гены можно представить как серию букв, составляющих слова и предложения инструкций. Эти слова и предложения кодируют производство белков, которые контролируют все клеточные процессы.
Если какой-либо из этих генов поврежден, например, из-за мутации, которая изменяет последовательность «букв и слов» в инструкциях, может быть произведен аномальный белок, который, в свою очередь, выполняет дефектную функцию. Если мутация происходит в белках, которые регулируют рост клетки, это может привести к раку. Если эти гены мутированы от рождения, могут возникнуть различные наследственные синдромы. Например, муковисцидоз - это состояние, при котором ребенок наследует два мутированных гена, контролирующих белок, который регулирует каналы, ответственные за перемещение хлоридов через клетки в потовых железах. , пищеварительные железы и многое другое. Результат этой единственной мутации приводит к сгущению слизи, продуцируемой этими железами, и возникающим в результате проблемам, связанным с этим состоянием.
Генные мутации и ракКак гены влияют на продолжительность жизни
Не требуется тщательного исследования, чтобы определить, что наши гены играют хоть какую-то роль в долголетии. Люди, чьи родители и предки жили дольше, как правило, живут дольше, и наоборот. В то же время мы знаем, что генетика - не единственная причина старения. Исследования однояйцевых близнецов показывают, что явно происходит что-то еще; однояйцевые близнецы с идентичными генами не всегда живут одинаковое количество лет.
Некоторые гены полезны и увеличивают продолжительность жизни. Например, ген, который помогает человеку усваивать холестерин, снижает риск сердечных заболеваний.
Некоторые генные мутации передаются по наследству и могут сократить продолжительность жизни. Однако мутации также могут произойти после рождения, поскольку воздействие токсинов, свободных радикалов и радиации может вызвать изменения генов (генные мутации, приобретенные после рождения, называются приобретенными или соматическими генными мутациями). Большинство мутаций не вредны для вас, а некоторые даже могут быть полезны. Это потому, что генетические мутации создают генетическое разнообразие, которое сохраняет здоровье населения. Другие мутации, называемые тихими мутациями, вообще не влияют на организм.
Некоторые гены при мутации вредны, например, те, которые увеличивают риск рака. Многие люди знакомы с мутациями BRCA1 и BRCA2, которые предрасполагают к раку груди. Эти гены называются генами-супрессорами опухолей, которые кодируют белки, контролирующие восстановление поврежденной ДНК (или устранение клетки с поврежденной ДНК, если восстановление невозможно).
Различные заболевания и состояния, связанные с наследственными мутациями генов, могут напрямую влиять на продолжительность жизни. К ним относятся муковисцидоз, серповидно-клеточная анемия, болезнь Тея-Сакса, болезнь Хантингтона и многие другие.
Ключевые концепции генетической теории старения
Ключевые концепции в генетике и старении включают несколько важных концепций и идей, начиная от сокращения теломер до теорий о роли стволовых клеток в старении.
Теломеры
В конце каждой из наших хромосом находится кусок «мусорной» ДНК, называемый теломерами. Теломеры не кодируют какие-либо белки, но, по-видимому, выполняют защитную функцию, удерживая концы ДНК от прикрепления к другим частям ДНК или образования круга. Каждый раз, когда клетка делится, отрывается еще немного теломеры. В конце концов. от этой мусорной ДНК не осталось, и дальнейшее вырезание может повредить хромосомы и гены, что приведет к гибели клетки.
В общем, средняя клетка способна делиться 50 раз, прежде чем теломеры будут израсходованы (предел Хейфлика). Раковые клетки придумали способ не удалять, а иногда даже добавлять часть теломер. Кроме того, некоторые клетки, такие как белые кровяные тельца, не подвергаются этому процессу укорачивания теломер. Похоже, что хотя гены во всех наших клетках имеют кодовое слово для фермента теломеразы, который ингибирует укорочение теломер и, возможно, даже приводит к удлинению, ген только «включается» или «выражается», как говорят генетики, в таких клетках, как белые клетки крови и раковые клетки. Ученые предположили, что, если эта теломераза каким-то образом может быть включена в других клетках (но не настолько, чтобы их рост пошел наперекосяк, как в раковых клетках), наш возрастной предел может быть увеличен.
Исследования показали, что некоторые хронические состояния, такие как высокое кровяное давление, связаны с меньшей активностью теломеразы, тогда как здоровая диета и упражнения связаны с более длинными теломерами. Избыточный вес также связан с более короткими теломерами.
Гены долголетия
Гены долголетия - это особые гены, которые связаны с долголетием. Два гена, которые напрямую связаны с долголетием, - это SIRT1 (сиртуин 1) и SIRT2. Ученые, изучавшие группу из более чем 800 человек в возрасте 100 лет и старше, обнаружили три значительных различия в генах, связанных со старением.
Клеточное старение
Клеточное старение - это процесс разрушения клеток с течением времени. Это может быть связано с укорочением теломер или процессом апоптоза (или клеточного самоубийства), при котором старые или поврежденные клетки удаляются.
Стволовые клетки
Плюрипотентные стволовые клетки - это незрелые клетки, которые могут стать клетками любого типа в организме. Предполагается, что старение может быть связано либо с истощением стволовых клеток, либо с потерей способности стволовых клеток дифференцироваться или созревать в разные типы клеток. Важно отметить, что эта теория относится к взрослым стволовым клеткам, а не эмбриональные стволовые клетки. В отличие от эмбриональных стволовых клеток, взрослые стволовые клетки не могут созревать в какой-либо тип клеток, а только в определенное количество типов клеток. Большинство клеток в нашем организме дифференцированы или полностью созрели, а стволовые клетки составляют лишь небольшую часть клеток, присутствующих в организме.
Примером типа ткани, в которой возможно восстановление с помощью этого метода, является печень. Это контрастирует с тканью мозга, которая обычно не обладает этим регенеративным потенциалом. Сейчас есть доказательства того, что сами стволовые клетки могут быть затронуты в процессе старения, но эти теории аналогичны проблеме курицы и яйца. Нет уверенности в том, что старение происходит из-за изменений в стволовых клетках или из-за изменений в стволовых клетках из-за процесса старения.
Эпигенетика
Эпигенетика относится к экспрессии генов. Другими словами, ген может присутствовать, но его можно либо включить, либо выключить. Мы знаем, что в организме есть некоторые гены, которые включаются только на определенный период времени. Область эпигенетики также помогает ученым понять, как факторы окружающей среды могут работать в рамках ограничений генетики, защищая или предрасполагая к болезням.
Откуда берутся стволовые клетки?Три основные генетические теории старения
Как отмечалось выше, существует значительное количество доказательств, которые рассматривают важность генов в ожидаемой выживаемости. Что касается генетических теорий, их можно разбить на три основных направления.
- Первая теория утверждает, что старение связано с мутациями, которые связаны с долгосрочным выживанием, и что старение связано с накоплением генетических мутаций, которые не восстанавливаются.
- Другая теория состоит в том, что старение связано с поздними эффектами определенных генов и называется плейотропным антагонизмом.
- Еще одна теория, основанная на выживании опоссумов, заключается в том, что окружающая среда, представляющая мало опасностей, мешающих продолжительности жизни, приведет к увеличению числа членов, у которых есть мутации, замедляющие процесс старения.
Доказательства, лежащие в основе теории
Есть несколько источников доказательств, которые хотя бы частично поддерживают генетическую теорию старения.
Возможно, самым убедительным доказательством в поддержку генетической теории являются значительные видоспецифические различия в максимальной выживаемости, при этом некоторые виды (например, бабочки) имеют очень короткую продолжительность жизни, а другие, такие как слоны и киты, похожи на наши. В пределах одного вида выживаемость одинакова, но выживаемость может сильно отличаться между двумя видами, которые в остальном схожи по размеру.
Исследования близнецов также подтверждают генетический компонент, поскольку однояйцевые близнецы (монозиготные близнецы) намного более похожи по продолжительности жизни, чем неидентичные или дизиготные близнецы. Оценка однояйцевых близнецов, которые выросли вместе, и сравнение этого с однояйцевыми близнецами, которые могут помочь отделить такие поведенческие факторы, как диета и другие привычки образа жизни, которые являются причиной семейных тенденций в отношении долголетия.
Дальнейшие доказательства в широком масштабе были получены при изучении эффекта генетических мутаций у других животных.У некоторых червей, а также некоторых мышей мутация одного гена может увеличить выживаемость более чем на 50 процентов.
Кроме того, мы находим доказательства некоторых конкретных механизмов, задействованных в генетической теории. Прямые измерения длины теломер показали, что теломеры уязвимы для генетических факторов, которые могут ускорить скорость старения.
Доказательства против генетических теорий старения
Один из сильных аргументов против генетической теории старения или «запрограммированной продолжительности жизни» исходит с эволюционной точки зрения. Почему должна быть указанная продолжительность жизни без воспроизводства? Другими словами, какова «цель» жизни после того, как человек воспроизвел и прожил достаточно долго, чтобы вырастить свое потомство до взрослой жизни?
Из того, что мы знаем об образе жизни и болезнях, также ясно, что есть много других факторов старения. Однояйцевые близнецы могут иметь разную продолжительность жизни в зависимости от воздействия, факторов их образа жизни (например, курения) и характера физической активности.
Суть
Было подсчитано, что гены могут объяснить максимум 35 процентов продолжительности жизни, но мы еще не понимаем большего о старении, чем то, что мы понимаем. В целом, вполне вероятно, что старение - это многофакторный процесс, а это означает, что это, вероятно, сочетание нескольких теорий. Также важно отметить, что обсуждаемые здесь теории не исключают друг друга. Концепция эпигенетики или того, является ли присутствующий ген «выраженным», может еще больше запутать наше понимание.
Помимо генетики, есть и другие детерминанты старения, такие как наше поведение, воздействия и просто удача. Вы не обречены, если члены вашей семьи склонны умирать молодыми, и вы не можете игнорировать свое здоровье, даже если члены вашей семьи, как правило, живут долго.
Что можно сделать, чтобы уменьшить «генетическое» старение клеток?
Нас учат правильно питаться и быть активными, и эти факторы образа жизни, вероятно, не менее важны, независимо от того, насколько наша генетика участвует в старении. Те же методы, которые, кажется, поддерживают здоровье органов и тканей нашего тела, могут также поддерживать здоровье наших генов и хромосом.
Независимо от конкретных причин старения, это может иметь значение:
- Упражнения. Исследования показали, что физическая активность не только помогает сердцу и легким хорошо функционировать, но и удлиняет теломеры.
- Придерживайтесь здоровой диеты - диета с высоким содержанием фруктов и овощей связана с большей активностью теломеразы (фактически, с меньшим сокращением теломер в ваших клетках). Диета с высоким содержанием омега-3-жирных кислот связана с более длинными теломерами, но диета с высоким содержанием омега-6-жирных кислот является противоположной и связана с более короткими теломерами. Кроме того, потребление газированных напитков связано с укорочением теломер. Резерватрол, ингредиент, вызывающий возбуждение от употребления красного вина (но также содержащийся в безалкогольном соке красного винограда), по-видимому, активирует белок долголетия SIRT.
- Уменьшить стресс
- Избегайте канцерогенов
- Поддерживайте здоровый вес - ожирение связано не только с некоторыми генетическими механизмами, связанными со старением, указанными выше (такими как увеличенное укорочение теломер), но и неоднократные исследования показали преимущества для долголетия, связанные с ограничением калорийности. Первый принцип при раке Профилактический образ жизни, предложенный Американским институтом исследований рака - будь как можно более худощавым без недостаточного веса - может сыграть роль в долголетии, а также в профилактике рака и предотвращении рецидива рака.