Геронтологическое общество
|
Скачать 1.86 Mb.
|
 2.1.4. Гены гибели и долголетия у беспозвоночных В последние годы существенный прогресс в исследовании генетики старения связан с работами на беспозвоночных (нематодах и плодовых мушках). Нематода Caenorhabditis еlegans (С.еlegans), маленький земляной червь, является идеальной моделью для идентификации генов смерти и долголетия. Продолжительность жизни этого червя составляет около 20 дней, что весьма удобно для изучения эффектов генов и генетических манипуляций. Черви размножаются гермафродитическим самооплодотворением, что ведет к созданию популяций однотипных червей. Существование популяций С.еlegans с разной длительностью жизни убедительно демонстрирует, что темп старения находится под генетическим контролем. C помощью химических мутагенов удалось получить червей с большей на 50% средней и в 2 раза максимальной продолжительностью жизни, чем у их предшественников. Был идентифицирован ген age-1, модификация или супрессия продукта которого приводила к увеличению продолжительности жизни. Age-1 определяет активацию спермы, он рецессивен и плотно сцеплен с геном fer-15, влияющим на репродукцию. Разделить эти два гена с помощью кроссинговера не удалось, поэтому предположили, что age-1 и fer-15 являются одним и тем же геном, при этом, одной из функций продукта дикого типа гена age-1 может быть усиление репродуктивных свойств, а другой - снижение продолжительности жизни, и следовательно age-1 может быть одним из регуляторов процесса старения, по крайней мере для этого вида [228,231,232]. Было обнаружено, что мутации в ряде других генов, названных "часовыми генами" (clk-1, 2 и 3) также влияют на продолжительность жизни C.elegans. Генетический анализ червей с мутациями в двух часовых генах или одном часовом и других генах, увеличивающих продолжительность жизни, выявили червей со специфическими комбинациями мутаций, живущих в пять раз дольше, чем нормальные, с удлинением каждой фазы жизненного цикла. Более того, такие черви реже питались и выделяли продукты жизнедеятельности, и медленнее двигались. Функция белков clk до сих пор неизвестна, но они могут действовать как регуляторы старения у нематод [242]. Показано, что группа генов C.elegans, имеющих отношение к контролю продолжительности жизни (age-1, daf-2, daf-23, spe-26, clk-1) является частью общего генетического пути и контролируется геном age-1. Весьма важным является наблюдение, что daf-2 ген является гомологом рецептора инсулина [341]. Уменьшение активности этого гена приводит к существенному (в 2 раза) увеличению продолжительности жизни нематод. Механизмы участия daf-2 в этом процессе недавно идентифицированы [153]. Плодовая мушка Drosophila melanogaster - также хорошая модель для изучения генетических компонентов долголетия. Как и в случае с C.elеgans, мутанты дрозофилы, имеющие разную продолжительность жизни, были разделены с помощью химического мутагенеза. Среди полученных различных мутантов некоторые имели мутации в гене супероксиддисмутазы (СОД). Гомозиготные мутанты по этому гену развивались нормально, но продолжительность их взрослой жизни сократилась с 60 до 10 дней [282]. Было показано, что эти мутанты имеют повышенную чувствительность к веществам, продуцирующим свободные радикалы, и имеют недостаточно активную сперму, что может указывать на важность СОД в защите ДНК от повреждений в ходе гаметогенеза. С другой стороны, особи с увеличенным числом копий генов СОД и каталазы имели большую среднюю и максимальную продолжительность жизни [274]. Ускоренное старение у D.melanogaster является результатом не только мутаций в специфических генах, но может также быть результатом изменений в экспрессии эпигенетических факторов. Так, у старых мушек было обнаружено резкое снижение экспрессии белка фактора элонгации EF-1a, предшествующее общему снижению синтеза белков [334]. Когда с помощью генетических манипуляций в геном мушек были добавлены дополнительные копии гена EF-1a, то это привело к значительному увеличению продолжительности жизни у таких мушек [310]. Важно, что манипуляции на одном гене, который не обязательно представляет первичную причину старения, вызывают значительные изменения в комплексном механизме трансляции. 2.1.5. Опыты с трансгенными животными Новые возможности для выяснения роли генов, которую они могут играть в механизмах старения, дают современные технологии генной инженерии, в частности, использование трансгенных животных и животных с "выключенными" (knockout) генами [265,305]. Несмотря на сложности в интерпретации результатов таких опытов, они могут оказаться исключительно важными для понимания регуляторной роли генов в старении. Транcгенные линии D. melanogaster с дополнительными копиями генов, обеспечивающих избыточную активность супероксиддисмутазы и каталазы, жили на 20-37% дольше контрольных мух [274]. Недавно было установлено, что трансгенные дрозофилы с избыточной экспрессией гена SOD1 в мотонейронах жили на 40% дольше и были значительно устойчивее к окислительному стрессу, чем мухи, не имевшие этого гена [277]. Однако у мышей с "выключенными" генами GPX1 (кодирущим глютатион пероксидазы), либо генами SOD1, SOD2 или SOD3 отсутствовали признаки ускоренного старения [230,260,289]. Продолжительность жизни дрожжей удваивалась, когда им вводили избыточные копии активированного аллеля онкогена ras [228]. Удалось получить трансгенных мышей, несущих мутации, сокращающие продолжительность жизни, тогда как противоположный результат пока не достигнут [305]. В опытах с реципрокными скрещиваниями мышей коротко- и долгоживущих линий удалось установить роль ряда генов в детерминации долгожительства, локализованных на 4 и 17 хромосомах [173]. Недавно удалось идентифицировать ген klotho, мутация которого вызывает проявления ускоренного старения у мышей, включающие укорочение продолжительности жизни, гипокинезию, бесплодие, артериосклероз, облысение, атрофию кожи и тимуса, снижение числа клеток гипофиза, продуцирующих гормон роста [241]. Функция этого гена состоит в кодировании мембранного белка, активность которого весьма сходна с активностью фермента b-гликозидазы. Сокращение продолжительности жизни и увеличение частоты спонтанных опухолей наблюдали у мышей с "выключенным" геном р53, тогда как ограничение калорийности пищи, введение дегидроэпиандростерона и некоторых антиоксидантов увеличивает продолжительность жизни таких животных и тормозит у них спонтанный канцерогенез [185,186,226]. Трансгенные мыши с избыточной экспрессией гена фермента репарации ДНК О6-метилгуанин-ДНК метилтрансферазы имели меньшую частоту спонтанных опухолей и ожидается, что продолжительность жизни этих мышей будет увеличена [330]. 2.1.6. Кандидатные гены смерти и долголетия человека В течение последних лет ведется интенсивный поиск кандидатов на роль генов смерти и долголетия у человека. Schachter и соавт. [304] предложили классификацию таких генов: 1) гены, гомологичные генам, определяющим долгожительство у животных других видов; 2) гены, участвующие в поддержании клеточного равновесия тканей и репарации; 3) гены, ответственные за развитие основных заболеваний, связанных со старением. Было установлено, что ген bcl-2 кодирует белки мембраны митохондрий и его функция проявляется в фенотипе бессмертия в тех клетках, где он экспрессируется [223]. Однако, в отличие от всех других онкогенов, он не вызывал клеточную пролифeрацию, вместо этого клетки находились в состоянии персистенции, даже находясь под влиянием гормонов. Показано, что ген bcl-2 блокирует программируемую клеточную смерть в клетках, что продлевает их жизнь. Было также обнаружено, что продукт гена bcl-2 препятствует токсическому эффекту гидроксильных радикалов, защищая стареющие клетки от оксидативного стресса [136,343]. В опытах с bcl-2 и подобными ему генами на нематодах было показано, что они предотвращают цепную реакцию перекисного окисления липидов, которая происходит в мембранах, и этим защищают клетки от повреждения свободными радикалами. Поскольку ген bcl-2 является частью клеточной системы противодействия апоптозу, то в настоящее время исследуются пути использования bcl-2 как лечебного средства в терапии нейродегенеративных заболеваний. Ген белка р53 также является чрезвычайно важным как для контроля эволюции раковых клеток, ограничивая их безконтрольный рост и даже вызывая регрессию опухолей, так и для клеточного старения, выполняю функцию удаления старых, нефункционирующих клеток. Белок р53 ведет себя как антионкоген: его введение в трансформированные клетки подавляет их неконтролируемую пролиферацию. Было установлено, что если нормальный р53 участвует в контроле тканевого роста за счет активации генов, вовлеченных в подавление роста, его мутантные формы могут препятствовать этому процессу и инициировать образование опухолей. Мутации гена р53 являются наиболее распространенными мутациями в клетках опухолей человека и были найдены в опухолях различной локализации [224,296,297]. Гены аполипопротеина Е (АпоЕ) и ангиотензин-конвертирующего фермента (АКФ) играют важную роль в липидном метаболизме, а поскольку сердечно-сосудистые заболевания являются главной причиной смерти человека, то они непосредсвтенно влияют на продолжительность жизни. Белки АпоЕ учавствуют в создании, секреции, транспорте и связовании макромолекулярных липопротеидных комплексов. Они являются компонентами ТГ-богатых липопротеинов и ЛПВП плазмы. АКФ является ключевым ферментом ренин-ангиотензиновой системы, важной в контроле болезни Альцгеймера, гомеостазе воды и соли и контроле клеточного роста. Три обычных изоформы АпоЕ: Е2, Е3, Е4 кодируются соответственно аллелями  2, 3 и 4 [303]. В то время, как изоформа Е4 ассоциированна с высоким уровнем холестерина в крови и связана с повышенным риском ишемической болезни сердца (ИБС), относительно редкая изоформа Е2 связана с менее высоким уровнем холестерина крови. Высокая частота 2 аллелей у столетних [304] предполагает, что 2 может оказывать защитное влияние в виде снижения уровня холестерина, что вторично влияет на заболеваемость ИБС. Это, впрочем, не единственное объяснение: АпоЕ и, в частности, его вариант АпоЕ4 вовлечены в патогенез болезни Альцгеймера [320]. Белок АпоЕ4 ненормально связывается с некоторыми внутриклеточными белками, что приводит к их агрегации и формированию внутриклеточных нейрофибриллярных пучков, он также связывается с внеклеточным  -амилоидным белком [304]. Предполагается, что болезнь Альцгеймера развивается, поскольку АпоЕ4 вариант вреден для нейронов, лишая их нормальной защиты от нейродегенерации. Показано, что у носителей двух Е4 аллелей болезнь Альцгеймеpа pазвивается в сpеднем на 15 лет pаньше, чем у носителей двух Е3 аллелей. Тем не менее, у столетних с полиморфизмом 4/4 деменции не наблюдалось. Возможно, что АпоЕ4 связывается с дpугими внутpи- и внеклеточными компонентами, что может игpать pоль в pазвитии ИБС [202].Полигенная система главного комплекса гистосовместимости (HLA у человека и MHC у мышей) может играть важную роль среди генетических факторов долгожительства. Показано, что у мыши с аллелем H-2d живут дольше, у них выше активность иммунной системы и меньше частота спонтанных лимфом [201]. Хотя у столетних в два раза чаще встречаются некоторые аллели HLA-A,-C и DR, пока отсутствуют подтверждения этой связи для других популяций [202]. 2.1.7. Роль специфических хромосом в старении Одним из подходов к изучению генетических детерминант старения стало исследование пролиферативной способности гибридных клеток. Большинство гибридов нормальных клеток человека, имеющих конечную продолжительность жизни, и бессмертных (опухолевых) клеток подвержены старению, что означает, что старение в них доминирует над способностью к бессмертию. В некоторых случаях гибриды двух бессмертных клеток получали ограниченную возможность пролифирации [280]. Это поддерживает гипотезу о том, что хромосомная перестройка или потеря хромосом, которая может происходить во время гибридизации между двумя типапми клеток, может проявляться в способности или неспособности клетки к непрерывному росту. Исследование гибридов нормальных человеческих диплоидных фибробластов и бессмертных раковых клеток сирийских хомячков [321] подтвердило, что некоторая часть гибридов являются бессмертными. Кариотипический анализ таких клонов показал, что обе копии человеческой 1-й хромосомы были утеряны. Введение хотя бы одной копии человеческой 1-й хромосомы в клетку методом внутриклеточной инфузии вызывало типичную картину клеточного старения, что не было показано ни для одной другой хромосомы. Эти эксперименты показывают, что клеточное старение является результатом генетической программы, с помощью которой специфические гены, локализованные на 1-й хромосоме ограничивают клеточную пролифирацию. Значение имеет то, что гены, определяющие старение, не распределены случайно по всем хромосомам. В настоящее время проводится интенсивная работа по идентификации и локализации таких генов.
2.2. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ
2.2.1. Роль соматических мутаций в старении Среди современных теорий старения, основанных на предположении, что ДНК является основной мишенью в клетке, доминирует теория соматических мутаций, согласно которой старение является результатом взаимодействия различных эндогенных и экзогенных повреждающих агентов с генетическим материалом клетки и постепенного накопления случайных мутаций в геноме соматических клеток [37,161,163,245,267,328]. Повреждения ядерной и митохондриальной ДНК соматических клеток, такие как точковые мутации, делеции и перестройки приводят к активации или инактивации специфических генов, вовлеченных в такие ключевые клеточные процессы, как регуляция клеточного цикла и контроль роста [106,240,312]. Накопление с возрастом таких мутаций в различных органах и тканях является основным фактором, определяющим развитие возрастной патологии, включая рак [139,144]. Пpедставляется весьма существенным вывод о неоднозначности возpастной динамики накопления соматических мутаций в pазличных оpганах и тканях. Трансгенные мыши, несущие шаттл-вектор LacZ, являются уникальной моделью для изучения частоты и спектра соматических мутаций при старении. Было установлено, что увеличение частоты мутаций в печени происходит равномерно с рождения до глубокой старости, тогда как в головном мозгу она нарастает только от рождения до 4-6 месяцев жизни, а затем не изменяется. Перестройки генома постепенно накaпливаются в печени до 27-месячного возраста, после чего их число резко увеличивается. В головном мозге геномные перестройки встречаются значительно реже и с возрастом их частота не увеличивается [184]. Некоторые биологические свойства синтетического аналога тимидина 5-бромо-2'-дезоксиуридина (БДУ) позволяют предполагать, что этот агент может служить адекватным средством для изучения роли избирательного повреждения ДНК в процессах старения. Индукция БДУ точечных мутаций в генетическом аппарате может приводить либо к ускоренному старению клеток и, следовательно, всего организма в целом, либо к скачкообразному увеличению биологического возраста (по типа сдвига). А.И.Потапенко и соавт. [97] установили, что присутствие БДУ в питательной среде для D.melanogaster может укорачивать продолжительность их жизни. При этом БДУ усиливал сокращающее продолжительность жизни насекомых действие облучения в дозах 150 - 500 Гр. На основании анализа кривых выживаемости популяций дрозофил авторы сделали вывод о развитии у них при облучении синдрома преждевремннного старения и его усилении постоянным введением БДУ в питательную среду. В наших исследованиях также было изучено влияние неонатального введения БДУ на продолжительность жизни крыс [8,142]. В опыте, в котором в общей сложности было использовано более 400 крыс, было установлено, что БДУ достоверно уменьшает среднюю продолжительность жизни самцов и самок крыс, причем этот эффект был пропорционален его дозе. При этом, наблюдалось существенное изменение параметров старения популяции, расчитанных по уровнению Гомпертца: R = Ro (exp |
Похожие:
 |
Годовой отчет «Московский электромашиностроительный завод «Памяти революции 1905 года», Закрытое акционерное общество «Кросна-Инвест», Закрытое... |
|
Закрытое акционерное общество «Прогноз» Общество с ограниченной ответственностью... ... |
|
Статья общие положения общество с ограниченной ответственностью «Жилфонд» Общество с ограниченной ответственностью «Жилфонд» (далее по тексту – «Общество») является юридическим лицом – хозяйственным обществом,... |
 |
Документация об открытом запросе предложений Заказчик – Открытое акционерное общество «Магаданэлектросеть» (далее – Общество) |
|
Документация о запросе ценовых котировок Заказчик – Открытое акционерное общество «Объединенная энергетическая компания» (далее – Общество) |
|
Общество с ограниченной ответственностью Настоящая должностная инструкция определяет функциональные обязанности, права и ответственность электрогазосварщика ООО «смс» (далее... |
|
Документация о закупке у единственного источника консультационных услуг по технической поддержке Заказчик – Открытое акционерное общество «Объединенная энергетическая компания» (далее – Общество) |
|
Документация об открытом запросе ценовых котировок на право заключения... Заказчик – Открытое акционерное общество «Объединенная энергетическая компания» (далее – Общество) |
|
Документация об открытом запросе ценовых котировок на право заключения... Заказчик – Открытое акционерное общество «Объединенная энергетическая компания» (далее – Общество) |
|
Документация об открытом запросе ценовых котировок на право заключения... Заказчик – Открытое акционерное общество «Объединенная энергетическая компания» (далее – Общество) |
|
Документация об открытом запросе ценовых котировок на право заключения... Заказчик – Открытое акционерное общество «Объединенная энергетическая компания» (далее – Общество) |
|
Документация об открытом запросе ценовых котировок на право заключения... Заказчик – Открытое акционерное общество «Объединенная энергетическая компания» (далее – Общество) |
|
Документация об открытом запросе ценовых котировок на право заключения... Заказчик – Открытое акционерное общество «Объединенная энергетическая компания» (далее – Общество) |
|
Документация об открытом запросе ценовых котировок на право заключения... Заказчик – Открытое акционерное общество «Объединенная энергетическая компания» (далее – Общество) |
|
Документация об открытом запросе предложений на право заключения... Заказчик – Открытое акционерное общество «Объединенная энергетическая компания» (далее – Общество) |
|
Документация об открытом запросе предложений на право заключения... Заказчик – Открытое акционерное общество «Объединенная энергетическая компания» (далее – Общество) |