Почему мы стареем?
Ссылки на научные работы см. в оригинале статьи.
Одной из самых ранних теорий старения является теория накопления повреждений, предложенная Августом Вейсманом в 1882 году. Клетки и организмы представляют собой сложные системы, состоящие из множества сложно взаимосвязанных компонентов. Но эти сложные системы довольно хрупки и изнашиваются из-за постепенного накопления повреждений в триллионах клеток тела. Таким образом, организм не может полностью восстановиться, это приводит к старению и возрастным болезням.
Свободные радикалы
Одна из версий теории накопления повреждений, называемая теорией свободных радикалов, была впервые сформулирована Ребеккой Гершман и Дэниелом Гилбертом в 1954 году и получила развитие в 1956 году американским химиком Денхэмом Харманом.
Свободные радикалы являются естественными побочными продуктами дыхания и обмена веществ, со временем они накапливаются в организме. Харман предположил: поскольку повреждения клеток и количество свободных радикалов увеличиваются с возрастом, возможно, свободные радикалы являются причиной этих повреждений. Харман углубленно изучал активные формы кислорода (АФК). Они накапливаются в митохондриях, поскольку превращают питательные вещества в энергию для функционирования клетки.
Было обнаружено, что АФК могут атаковать ДНК, белки и липиды, изменяя их свойства и функции. В экспериментах было показано, что увеличение производства АФК у дрожжей, червей и плодовых мух укорачивает их жизнь.
Теория старения Хармана доминировала с 1990-х и до начала 2000-х годов. Но затем результаты нескольких исследований стали противоречить теории. Когда у животных, таких как саламандры и мыши, гены антиоксидантов (веществ, разрушающих свободные радикалы) нокаутировали, это никак не влияло на продолжительность жизни организма.
Чтобы объяснить противоречивые результаты, ученые предположили, что АФК может действовать как сигнал для других защитных механизмов. Или же расположение АФК в разных органеллах клеток может привести к разным результатам. Пока эта версия еще обсуждается, теория свободных радикалов может уступить место другим теориям старения. Но с таким количеством исследований, связывающих АФК и митохондрии со старением и возрастными заболеваниями, все еще есть основания для дальнейших исследований.
Эволюционная гипотеза развития заболеваний
Прежде чем продолжить описание различных теорий старения, следует уделить внимание эволюционной биологии.
Как известно, гены управляют производством белков, формирующих, среди прочего, физические характеристики организма – так называемый фенотип. Они могут измениться в результате мутации. Каждый человек несет множество мутаций в генах. Большинство из этих мутаций не влияют на организм, но некоторые имеют отрицательные или положительные последствия.
Эволюция и естественный отбор подразумевают сохранение и наследование генов (или генных мутаций), обеспечивающих преимущество для выживания организма. Если же мутация гена приводит к нежелательным последствиям, есть вероятность, что она будет устранена в ходе эволюции.
Многие заболевания имеют генетическую основу, то есть вызваны генетическими мутациями. Так почему «плохие» мутации все еще существуют и не устраняются естественным отбором?
В 1957 году американский эволюционный биолог Джордж Уильямс предложил ответ. Согласно его гипотезе антагонистической плейотропии, одна и та же мутация гена может привести как к полезным, так и вредным характеристикам. И если хорошее перевешивает плохое, мутация не устраняется.
Например, мутации, вызывающие болезнь Хантингтона, улучшают фертильность и снижают риск развития рака; мутации, вызывающие серповидноклеточную анемию, защищают от малярии; мутации, связанные с муковисцидозом, также улучшают фертильность. Это всего лишь несколько примеров из многих.
Некоторые мутации полезны в раннем возрасте – они способствуют эмбриональному развитию и рождению детей – и становятся вредными в дальнейшей жизни. Если они хороши для выживания и производства следующего поколения, это может объяснить их сохранение. Гипотеза также может объяснить устойчивость серьезных заболеваний, многие из которых распространены в пожилом возрасте.
Но может ли теория Уильямса объяснить старение? Что, если гены и белки, которые являются полезными, когда человек молод, позже становятся основной причиной старения? И если это так, то о каких белках идет речь?
Теория гиперфункции
Михаил Благосклонный, профессор Института онкологии Росвелл Парк, Буффало, штат Нью-Йорк (США), в 2006 году сформулировал свою версию. Он предположил, что причиной старения являются белки (и гены, ответственные за их синтез), роль которых заключается в передаче клеткам сигналов о доступности питательных веществ. Некоторые из этих белков являются ферментами, катализирующими химические реакции в организме. Среди них есть фермент TOR.
Когда TOR активен, он способствует росту клетки. Это необходимо в раннем возрасте для развития и полового созревания. Но в дальнейшей жизни TOR не нужен в такой высокой концентрации. Доказано, что гиперфункция (гиперактивность) TOR связана со многими заболеваниями, включая рак.
Если TOR и другие гены являются причиной старения, как они связаны с повреждением или с АФК? Было показано, что гиперфункция TOR ускоряет рост клеток и в то же время ослабляет защитные механизмы, включая синтез антиоксидантов. Значит, повреждение теперь можно рассматривать как результат гиперфункции некоторых генов – не основной причины старения, а его результата.
Новая теория, основанная на гипотезе антагонистической плейотропии, называется теорией гиперфункции старения.
Цена, которую приходится платить?
Исследователи проверяют теорию гиперфункции, и пока результаты подтверждают ее. И хотя эти достижения объясняют коренные причины старения и предлагают способы борьбы с возрастными заболеваниями, они также демонстрируют сложность процесса старения. По мере накопления доказательств становится понятно, что само старение тесно связано с вынашиванием, рождением, ростом и половым созреванием. Как знать, может, старение – это цена, которую организмы должны платить за выживание как вид.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам The Conversation: Why we age – new theories gaining ground.