Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Уровень накопления клетками повреждений, мутаций и хромосомных аберраций служит эффективным маркером скорости старения. Существуют различные лабораторные методы, позволяющие оценить состояние клеток организма (рис. 3).

Рис. 3. Методы оценки количества повреждений ДНК.

Микроядра – патологические структуры внутри клеток, как правило, возникающие вокруг отставших во время деления обломков хромосом. Они выявляются при специальном окрашивании клеток и их анализе под световым микроскопом. С возрастом количество клеток, имеющих микроядра, становится больше, например, среди лейкоцитов[51] крови или клеток кожи. Чем быстрее стареет организм, тем в более раннем возрасте наблюдается увеличение количества таких клеток.

Исследование с помощью люминесцентного микроскопа[52] светящихся (флуоресцентных) ДНК-зондов[53], имеющих сродство к тем или иным участкам хромосом человека, позволяет выявлять тонкие перестройки (транслокации, делеции, дупликации) в каждой из 46 хромосом человеческой клетки. Этот метод получил название FISH-окрашивания хромосом.

Еще один маркер старения – двухцепочечные разрывы ДНК, как правило, вызывающие фатальные для клетки повреждения либо ведущие к генетической нестабильности и опухолевому перерождению. Однако именно их с возрастом становится все больше и больше. Специальное гистохимическое окрашивание (так называемые фокусы гамма-H2AX и 53BP1) позволяет подсчитать под люминесцентным микроскопом число таких разрывов на ядро и тем самым оценить скорость старения изучаемой ткани (в молодых клетках обычно нет таких разрывов, хотя они могут появиться при действии на организм ионизирующей радиации).

При наличии повреждений молекула ДНК становится более подвижной в электрическом поле. Круглое ядро клетки с поврежденной ДНК при электрофорезе[54] становится вытянутым, а мелкие фракции разорванной ДНК формируют при этом «хвост кометы». Чем более выражен хвост, тем более повреждена клеточная ДНК. Данный метод имеет различные модификации, позволяющие полуколичественно (не поштучно, но с помощью конкретного числового показателя) учитывать разные типы повреждений – одно- и двухцепочечные разрывы ДНК, различные окисленные основания ДНК. Наши исследования, проведенные на клетках периферической крови, бравшейся прижизненно у мышей разного возраста, доказали возможность применения данного подхода для оценки интенсивности старения организма. Таким образом, устойчивость к повреждению, как и стрессоустойчивость в целом, в результате старения падает.

Выделенные из крови человека лимфоциты можно культивировать в лаборатории. Показатели гибели клеток, индуцированной повреждением ДНК или иммунной активацией, являются отличными маркерами скорости старения данного человека.

Собственно, мутации[55] позволяет выявлять метод секвенирования ДНК – побуквенного прочтения закодированной генетической информации. Накопление с возрастом одно- или многобуквенных изменений последовательности ДНК в жизненно важных генах – фактор старения или озлокачествления клетки.

С каждым делением клетки хромосомы укорачиваются с обоих концов. Концы хромосом защищены особыми «заглушками» – теломерами. Однако, когда теломеры укорачиваются и утрачиваются при многократном копировании ДНК, хромосомы начинают сливаться друг с другом, разрываться и индуцировать ответ клетки на повреждение, заканчивающийся выходом клетки из цикла делений или гибелью клетки. Как показали исследования под руководством нобелевского лауреата Э. Блекберн, длина теломер некоторых клеток крови (лимфоцитов) – надежный показатель скорости старения. Многолетние измерения показали, что люди с более короткими теломерами отличаются более высокими темпами старения, повышенной вероятностью сердечно-сосудистых проблем, рака и возрастзависимой макулярной дегенерации (форма старческой слепоты). Укорочению теломер способствует высокий уровень стрессовых гормонов (кортизола, адреналина, норадреналина) и курение.

В некоторых клетках тела функционирует особый фермент – теломераза, достраивающий теломеры. В норме он позволяет предшественникам половых клеток и стволовым[56] (а также раковым) клеткам делиться бесконечно. Количество теломеразы можно оценивать в лейкоцитах или стволовых клетках и тем самым предсказывать скорость старения. Измерение количества теломеразы в клетках крови, имеющих ядра (у эритроцитов, например, ядер нет), позволяет предсказывать не только состояние ускоренного старения, но и вероятность смерти от сердечно-сосудистых патологий.

Как показала группа Х. Джианг, дисфункция теломер и повреждение ДНК с возрастом отражаются на уровне определенных стресс-белков в плазме крови (CRAMP[57], статмина[58], EF-1[59], хитиназы[60]). Данные изменения, помимо старения, проявляются при миелодиспластическом синдроме[61], IgA-нефропатии[62] и циррозе печени[63].

Повреждение ДНК вызывает в клетках каскад процессов, в результате которых клетки полностью утрачивают способность к делению. Это происходит из-за активации некоторых генов, таких как p16, блокирующих цикл клеточного деления. Изначально это явление возникло для предотвращения размножения предраковых клеток, однако теперь оно играет существенную роль в процессах старения человека. Как было показано, уровень активности гена p16 нарастает в иммунных Т-клетках периферической крови с возрастом, причем данный процесс протекает более интенсивно у курильщиков, что свидетельствует об их ускоренном старении.

На субклеточном уровне при старении также наблюдаются стойкие изменения. Живая клетка состоит из двух главных составляющих – ядра и цитоплазмы. В ядре клетки сосредоточен хроматин – наследственный материал, состоящий из ДНК и связанных с ней белков. Ядро выполняет функцию хранения и защиты по отношению к ДНК, а его оболочка служит своеобразным ситом, избирательно пропускающим макромолекулы из цитоплазмы в ядро и обратно. Таким образом, его значение в жизнедеятельности клетки трудно переоценить. Оболочка клеточного ядра подстилается каркасом из особых белков – ламинов. Поскольку ламины помогают концам хромосом заякориться в оболочке ядра и участвуют в правильной упаковке хроматина, то нарушение соотношений ламинов ведет к дестабилизации наследственного материала или гибели клеток. Дети с дефектом гена ламина А (синдром Хатчинсона – Гилфорда) к 12 годам приобретают все признаки глубокой старости. Изменение соотношения различных вариантов ламинов при обычном старении сопровождается отклонением формы ядер от нормы. Ядра вместо ровной округлой формы могут приобретать выпуклости или пузырьки на своей поверхности. Данные изменения можно наблюдать под световым микроскопом и таким образом учитывать долю старых клеток в образце. Окрашивание клетки при помощи антител[64]

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Примечания

1

Неинвазивный – не связанный с проникновением через естественные барьеры тела (под кожу, слизистые оболочки и т. п.).

2

Метаболизм – обмен веществ.

3

Стресс – состояние повышенного напряжения организма как защитная реакция на различные неблагоприятные факторы (голод, холод, физические или психические травмы и т. п.).

4

Ионизирующие излучения – потоки фотонов, элементарных частиц или осколков деления атомов, способные ионизировать вещество.

5

Свободные радикалы – неустойчивые молекулы, которые вступают в реакцию с другими молекулами и повреждают их.

6

Гипоксия – пониженное содержание кислорода в организме.

7

Реакция сахаров с белками при высоких температурах (гликирование) дает характерную корочку при поджаривании продуктов питания, такие же деструктивные процессы, но более медленные, происходят в стенках сосудов и в тканях тела.

8

Сахарный диабет 2-го типа – метаболическое заболевание, характеризующееся повышенным уровнем сахара в крови.

9

Атеросклероз – заболевание артерий, при котором в стенке сосуда происходит отложение холестерина.

10

Нейродегенерация – прогрессирующая гибель нервных клеток, ведущая к слабоумию и двигательным нарушениям.

11

Когнитивные нарушения – снижение памяти, умственной работоспособности и др.

12

Метаболический синдром – увеличение массы жира вокруг внутренних органов, снижение чувствительности периферических тканей к инсулину и повышенная выработка инсулина, ведущие к развитию ожирения, сахарного диабета 2-го типа и артериальной гипертонии.

13

Биогеронтология – наука о процессах старения и путях борьбы с ним.

14

Механические, физические и биохимические функции живых организмов.

15

Геропротекторные препараты – общее название для группы веществ, в отношении которых обнаружена способность увеличивать продолжительность жизни животных и замедлять старение.

16

Болезнь Альцгеймера – дегенеративное заболевание центральной нервной системы, характеризующееся постепенной потерей памяти и когнитивных способностей.

17

Болезнь Паркинсона – хроническое заболевание нервной системы у пожилых людей, при котором наблюдается замедленность движений, скованность и дрожание мышц.

18

Канцеро-эмбриональный антиген – маркер на колоректальный рак, рак молочной железы, легких, желудка, поджелудочной железы, мочевого пузыря, почек, некоторых опухолей щитовидной железы, шейки матки, яичников, печени.

19

Простатический специфический антиген – маркер рака предстательной железы.

20

Гликированный гемоглобин – часть всего гемоглобина, циркулирующего в крови, которая оказывается химически связана с глюкозой.

21

Пиксель – наименьший элемент двумерного цифрового изображения в растровой графике.

22

Отличия последовательности ДНК размером в один нуклеотид (одну букву) в геноме.

23

Инсульт – острое нарушение мозгового кровообращения.

24

Остеоартрит – хроническое заболевание суставов.

25

Гипертония – заболевание, характеризующееся повышением артериального давления.

26

Липопротеиды – состоящий из белка и липида.

27

Триглицериды – природные органические соединения, состоящие из глицерина и жирных кислот.

28

Коронарная болезнь – заболевание сосудов, питающих сердце.

29

Инфаркт миокарда – кислородное голодание и гибель клеток сердечной мышцы.

30

Панкреатит – воспаление поджелудочной железы.

31

Холестерин – одна из разновидностей липидов, жирный спирт.

32

«Плохой» холестерин крови, предрасполагающий к развитию атеросклероза.

33

Глюкоза – виноградный сахар, моносахарид, играющий ключевую роль в энергетическом метаболизме клеток.

34

Органеллы – внутриклеточные структуры, выполняющие различные функции для поддержания деятельности клетки.

35

Совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды с запасанием выделяющейся энергии в молекуле АТФ.

36

Органелла клетки, представляющая собой разветвленную систему из окруженных мембраной уплощенных полостей, пузырьков и канальцев и служащая для транспорта белков, синтеза и транспорта липидов и стероидов, формирования ядерной оболочки, запасания внутриклеточного кальция.

37

Эта органелла представляет собой образованную мембраной систему плоских цистерн, вакуолей и мелких пузырьков. В аппарат Гольджи поступают синтезированные на мембранах эндоплазматической сети белки и липиды, к ним могут присоединяться полисахариды. Дозревшие таким образом макромолекулы используются самой клеткой или выводятся из нее (так, например, выделяется слизь и пищеварительные ферменты). Аппарат Гольджи образует лизосомы, необходимые для внутриклеточного переваривания устаревших частей клетки, вирусов и бактерий.

38

АТФ (аденозин трифосфат: аденин, связанный с тремя фосфатными группами) – молекула, которая служит источником энергии для всех процессов в организме, в том числе для движения.

39

Симбиоз – совместное существование организмов разных видов, приносящее им взаимную пользу.

40

Транскрипция – перенос генетической информации с ДНК на РНК.

41

Цитоплазма – внутренняя среда клетки, кроме ядра, ограниченная плазматической мембраной.

42

Рибосома – немембранная органелла живой клетки, служащая для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой мРНК.

43

Генетический код – свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

44

Кольцевые хромосомы – замкнутые в кольцо последовательности ДНК, в которых расположены гены. В клетке человека кольцевые хромосомы во множестве копий находятся в митохондриях.

45

Митохондрии – структуры внутри клетки, отвечающие за выработку энергии (образование большей части АТФ, НАДН), окисление глюкозы, жиров. Источник свободных радикалов. Имеют собственные кольцевые ДНК, рибосомы и транспортные РНК.

46

Структуры внутри клетки, в которых хранится и функционирует основной генетический материал.

47

Ген – структурная и функциональная единица наследственности живых организмов.

48

Нуклеотиды – буквы генетического кода.

49

Модификации ДНК или связанных с ней белков, которые не приводят к изменению генетического кода, однако способны включать или выключать те или иные гены.

50

Множественные изменения локализации, структуры или числа копий генов (или их частей) в геноме клетки или особи.

51

Лейкоциты – белые кровяные клетки, участвующие в реализации иммунитета.

52

Люминесцентный микроскоп – прибор, с помощью которого можно наблюдать свечение окрашенного специальным флуоресцентным красителем объекта при освещении невидимым ультрафиолетовым или синим светом.

53

Меченый фрагмент ДНК, использующийся для гибридизации со специфическим участком молекулы ДНК.

54

Электрофорез – перемещение заряженных молекул или частиц в электрическом поле.

55

Мутации – внезапные наследуемые изменения генетического материала, вызывающие изменения каких-либо признаков и свойств организма.

56

Стволовые клетки – незрелые клетки, по мере необходимости способные давать начало сразу нескольким типам зрелых клеток.

57

CRAMP – антимикробный пептид, образующийся в клетках врожденного иммунитета (макрофагах и полиморфноядерных лейкоцитов).

58

Статмин – белок цитоскелета.

59

EF-1α – фактор, принимающий участие в биосинтезе белков.

60

Хитиназа – фактор врожденного иммунитета, выделяемый макрофагами.

61

Миелодиспластический сидром – возрастзависимое заболевание костного мозга, приводящее к недостатку форменных элементов крови (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов).

62

IgA-нефропатия – заболевание почек, характеризующееся поражением почечных клубочков.

63

Цирроз – прогрессирующее заболевание печени, вследствие которого нарушаются функции печени и возникает портальная гипертензия.

64

Антитела – иммуноглобулины, которые продуцируются иммунной системой животного организма в ответ на появление чужеродных молекул и специфически с ними взаимодействуют. Их можно продуцировать искусственно для детекции определенных белков-мишеней в образце.