Зміст
- Генетична теорія старіння
- Теорії старіння
- Гени та тілесні функції
- Як гени впливають на тривалість життя
- Ключові поняття в генетичній теорії старіння
- Три первинні генетичні теорії старіння
- Докази теорії
- Докази проти генетичних теорій старіння
- Суть
- Що ви можете зробити, щоб зменшити "генетичне" старіння клітин?
Генетична теорія старіння
Генетична теорія старіння стверджує, що тривалість життя значною мірою визначається генами, які ми успадковуємо. Згідно з теорією, наше довголіття визначається насамперед у момент зачаття і значною мірою залежить від наших батьків та їх генів.
В основі цієї теорії лежить те, що сегменти ДНК, що виникають у кінці хромосом, звані теломерами, визначають максимальну тривалість життя клітини. Теломери - це шматочки «сміттєвої» ДНК на кінці хромосом, які стають коротшими з кожним поділом клітини. Ці теломери стають коротшими і коротшими, і з часом клітини не можуть ділитися, не втрачаючи важливих фрагментів ДНК.
Перш ніж заглиблюватися в положення про те, як генетика впливає на старіння, та аргументи за та проти цієї теорії, корисно коротко обговорити основні категорії теорій старіння та деякі конкретні теорії в цих категоріях. В даний час не існує жодної теорії чи навіть однієї категорії теорій, яка б могла пояснити все, що ми спостерігаємо в процесі старіння.
Чи старіють ваші гормони?Теорії старіння
Є дві основні категорії теорій старіння, які принципово відрізняються між собою тим, що можна назвати "метою" старіння. У першій категорії старіння є по суті нещасним випадком; накопичення пошкоджень та зношування тіла, що в підсумку призводить до смерті. На відміну від цього, запрограмовані теорії старіння розглядають старіння як навмисний процес, керований таким чином, що його можна порівняти з іншими фазами життя, такими як статеве дозрівання.
Теорії помилок включають кілька окремих теорій, включаючи:
- Теорія зношування та старіння
- Теорія рівня старіння
- Теорія зшивання білків щодо старіння
- Теорія вільних радикалів старіння
- Теорія соматичних мутацій старіння
Запрограмовані теорії старіння також розбиваються на різні категорії на основі методу, за допомогою якого наші тіла запрограмовані на старіння та смерть.
- Запрограмоване довголіття - запрограмоване довголіття стверджує, що життя визначається послідовним увімкненням та вимкненням генів.
- Ендокринна теорія старіння
- Імунологічна теорія старіння
Між цими теоріями та категоріями теорій старіння існує значне перекриття.
Гени та тілесні функції
Перш ніж обговорювати ключові концепції, пов’язані зі старінням та генетикою, давайте розглянемо, що таке наша ДНК та деякі основні шляхи впливу генів на наше життя.
Наші гени містяться в нашій ДНК, яка присутня в ядрі (внутрішній області) кожної клітини нашого тіла. (Також в органелах, які називаються мітохондріями, присутня мітохондріальна ДНК, яка присутня в цитоплазмі клітини.) Кожна з нас має 46 хромосом, що складають нашу ДНК, 23 з яких походять від наших матерів, а 23 - від наших батьків. З них 44 - це аутосоми, а дві - статеві хромосоми, які визначають, чи будемо ми чоловіком чи жінкою. (Натомість мітохондріальна ДНК несе набагато менше генетичної інформації і отримується лише від наших матерів).
У цих хромосомах лежать наші гени, наш генетичний план, відповідальний за передачу інформації про кожен процес, який відбуватиметься в наших клітинах. Наші гени можна уявити як серію літер, що складають слова та речення інструкцій. Ці слова та речення кодують виробництво білків, які контролюють кожен клітинний процес.
Якщо будь-який з цих генів пошкоджений, наприклад, мутацією, яка змінює ряд "букв і слів" в інструкціях, може бути виготовлений аномальний білок, який, у свою чергу, виконує дефектну функцію. Якщо в білках, що регулюють ріст клітини, відбувається мутація, може виникнути рак. Якщо ці гени мутують з народження, можуть виникнути різні спадкові синдроми.Наприклад, муковісцидоз - це стан, при якому дитина успадковує два мутовані гени, що контролюють білок, що регулює канали, відповідальні за рух хлориду через клітини потових залоз , травні залози тощо. Результат цієї єдиної мутації призводить до згущення слизу, що виробляється цими залозами, і наслідків, пов'язаних з цим станом.
Генні мутації та ракЯк гени впливають на тривалість життя
Не потрібно детального дослідження, щоб визначити, що наші гени відіграють хоча б якусь роль у довголітті. Люди, батьки та предки яких жили довше, як правило, живуть довше і навпаки. У той же час ми знаємо, що генетика сама по собі не є єдиною причиною старіння. Дослідження, що розглядають однояйцевих близнюків, виявляють, що явно відбувається щось інше; однояйцеві близнюки, які мають однакові гени, не завжди живуть однакову кількість років.
Деякі гени корисні та сприяють збільшенню тривалості життя. Наприклад, ген, який допомагає людині метаболізувати холестерин, зменшить ризик серцево-судинних захворювань.
Деякі генні мутації передаються у спадок і можуть скоротити тривалість життя. Однак мутації можуть траплятися і після народження, оскільки вплив токсинів, вільних радикалів та радіації може спричинити зміни генів. (Генні мутації, отримані після народження, називаються набутими або соматичними генними мутаціями.) Більшість мутацій для вас не погані, а деякі можуть бути навіть корисними. Це пов’язано з тим, що генетичні мутації створюють генетичне різноманіття, яке зберігає популяції здоровими. Інші мутації, які називаються тихими мутаціями, взагалі не впливають на організм.
Деякі гени при мутації шкідливі, як ті, що збільшують ризик раку. Багато людей знайомі з мутаціями BRCA1 та BRCA2, які схильні до раку молочної залози. Ці гени називаються генами-супресорами пухлини, які кодують білки, які контролюють відновлення пошкодженої ДНК (або елімінацію клітини з пошкодженою ДНК, якщо відновлення неможливе).
Різні захворювання та стани, пов’язані із спадковими генними мутаціями, можуть безпосередньо впливати на тривалість життя. До них належать муковісцидоз, серповидноклітинна анемія, хвороба Тей-Сакса та хвороба Хантінгтона, щоб назвати декілька.
Ключові поняття в генетичній теорії старіння
Ключові поняття в генетиці та старінні включають кілька важливих концепцій та ідей, починаючи від укорочення теломер і закінчуючи теоріями про роль стовбурових клітин у старінні.
Теломери
В кінці кожної з наших хромосом лежить шматочок "сміттєвої" ДНК, що називається теломерами. Теломери не кодують жодних білків, але, схоже, виконують захисну функцію, утримуючи кінці ДНК від прикріплення до інших частин ДНК або утворення кола. Кожен раз, коли клітина ділиться трохи більше теломери, відсікається. Зрештою. від цієї сміттєвої ДНК не залишилося нічого, і подальше зрізання може пошкодити хромосоми та гени, так що клітина загине.
Загалом середня клітина може розділитися 50 разів до того, як теломера буде витрачена (межа Хейфліка). Ракові клітини придумали спосіб не видаляти, а іноді навіть додавати ділянку теломери. Крім того, деякі клітини, такі як лейкоцити, не зазнають цього процесу укорочення теломер. Здається, хоча гени у всіх наших клітинах мають кодове слово для ферменту теломерази, який інгібує укорочення теломер і, можливо, навіть призводить до подовження, ген лише «включається» або «експресується», як кажуть генетики, у клітинах, таких як білий клітини крові та ракові клітини. Вчені висунули теорію, що якби цю теломеразу можна було якось увімкнути в інших клітинах (але не настільки, щоб їх ріст пішов нанівець, як у ракових клітинах), нашу вікову межу можна було б розширити.
Дослідження виявили, що деякі хронічні стани, такі як високий кров'яний тиск, пов'язані з меншою активністю теломерази, тоді як здорове харчування та фізичні вправи пов'язані з довшими теломерами. Надмірна вага також пов'язана з більш короткими теломерами.
Гени довголіття
Гени довголіття - це специфічні гени, які пов'язані з тим, що вони живуть довше. Два гени, які безпосередньо пов’язані з довголіттям, - це SIRT1 (сіртуїн 1) та SIRT2. Вчені, розглядаючи групу з понад 800 людей віком від 100 років, виявили три суттєві відмінності в генах, пов’язаних із старінням.
Старіння клітин
Старіння клітин відноситься до процесу, при якому клітини з часом розпадаються. Це може бути пов’язано з укороченням теломер або процесом апоптозу (або самогубством клітин), при якому видаляються старі або пошкоджені клітини.
Стовбурові клітини
Плурипотентні стовбурові клітини - це незрілі клітини, які можуть стати клітинами будь-якого типу в організмі. Існує теорія, що старіння може бути пов'язане або з виснаженням стовбурових клітин, або з втратою здатності стовбурових клітин диференціюватися або дозрівати до різних видів клітин. Важливо зазначити, що ця теорія стосується дорослих стовбурових клітин, а не ембріональні стовбурові клітини. На відміну від ембріональних стовбурових клітин, дорослі стовбурові клітини не можуть дозрівати до будь-якого типу клітин, а лише до певної кількості типів клітин. Більшість клітин у нашому тілі диференційовані або повністю зрілі, а стовбурові клітини - це лише невелика кількість клітин, що присутні в організмі.
Прикладом типу тканини, при якому регенерація можлива цим методом, є печінка. Це на відміну від тканин головного мозку, яким зазвичай не вистачає цього регенеративного потенціалу. Зараз є дані, що самі стовбурові клітини можуть впливати на процес старіння, але ці теорії схожі на проблему курятини та яйця. Не впевнено, що старіння відбувається внаслідок змін у стовбурових клітинах, або якщо натомість зміни в стовбурових клітинах зумовлені процесом старіння.
Епігенетика
Епігенетика відноситься до експресії генів. Іншими словами, ген може бути присутнім, але його можна або увімкнути, або вимкнути. Ми знаємо, що в організмі є деякі гени, які вмикаються лише на певний проміжок часу. Сфера епігенетики також допомагає вченим зрозуміти, як фактори навколишнього середовища можуть діяти в рамках генетичних обмежень, щоб захистити або схилити до хвороб.
Звідки беруться стовбурові клітини?Три первинні генетичні теорії старіння
Як зазначалося вище, існує значна кількість доказів, які розглядають важливість генів у очікуваному виживанні. Розглядаючи генетичні теорії, вони розбиті на три початкові школи мислення.
- Перша теорія стверджує, що старіння пов’язане з мутаціями, пов’язаними з довготривалим виживанням, і що старіння пов’язане з накопиченням генетичних мутацій, які не відновлюються.
- Інша теорія полягає в тому, що старіння пов’язане з пізнім впливом певних генів і називається плейотропним антагонізмом.
- Ще одна теорія, запропонована на основі виживання в опосумах, полягає в тому, що навколишнє середовище, яке створює мало ризиків, що заважає тривалості життя, призведе до збільшення кількості членів, які мають мутації, що уповільнюють процес старіння.
Докази теорії
Є кілька способів доказів, які підтверджують генетичну теорію старіння, принаймні частково.
Мабуть, найсильнішим доказом на підтримку генетичної теорії є значні видові специфічні відмінності в максимальному виживанні, причому деякі види (наприклад, метелики) мають дуже коротку тривалість життя, а інші, такі як слони та кити, подібні до наших. У межах одного виду виживання є подібним, але виживання може бути дуже різним між двома видами, які в іншому випадку подібні за розміром.
Дослідження близнюків також підтримують генетичний компонент, оскільки однояйцеві близнюки (монозиготні близнюки) набагато більше схожі з точки зору тривалості життя, ніж неідентичні або дизиготичні близнюки. розлучені можуть допомогти відокремити такі фактори поведінки, як дієта та інші звички способу життя, як причина сімейних тенденцій у довголітті.
Подальші широкомасштабні дані були знайдені шляхом вивчення впливу генетичних мутацій на інших тварин. У деяких глистів, а також у деяких мишей, одна мутація гена може подовжити виживання більш ніж на 50 відсотків.
Крім того, ми знаходимо докази деяких конкретних механізмів, задіяних у генетичній теорії. Прямі вимірювання довжини теломер показали, що теломери вразливі до генетичних факторів, які можуть прискорити швидкість старіння.
Докази проти генетичних теорій старіння
Один з вагоміших аргументів проти генетичної теорії старіння або "запрограмованої тривалості життя" походить з еволюційної точки зору. Чому існуватиме вказана тривалість життя поза розмноженням? Іншими словами, яка «мета» існує для життя після того, як людина розмножилася і прожила достатньо довго, щоб підняти своє потомство до повноліття?
З того, що ми знаємо про спосіб життя та хвороби, також ясно, що існує багато інших факторів старіння. Однояйцеві близнюки можуть мати дуже різну тривалість життя залежно від їх впливу, факторів їхнього способу життя (наприклад, куріння) та фізичної активності.
Суть
Було підраховано, що гени можуть пояснити максимум 35 відсотків тривалості життя, але все-таки ми не розуміємо більше старіння, ніж те, що ми розуміємо. Загалом, цілком ймовірно, що старіння є багатофакторним процесом, а це означає, що це, ймовірно, поєднання декількох теорій. Важливо також зазначити, що розглянуті тут теорії не є взаємовиключними. Поняття епігенетики, чи "експресується" наявний ген чи ні, може ще більше засмутити наше розуміння.
Окрім генетики, існують і інші фактори, що визначають старіння, такі як наша поведінка, опромінення та просто удача. Ви не приречені, якщо члени вашої родини, як правило, помирають молодими, і ви не можете ігнорувати своє здоров'я, навіть якщо члени вашої родини, як правило, живуть довго.
Що ви можете зробити, щоб зменшити "генетичне" старіння клітин?
Нас вчать здорово харчуватися та бути активними, і ці фактори способу життя, ймовірно, не менш важливі, незалежно від того, наскільки наша генетика бере участь у старінні. Ті самі практики, які, здається, підтримують здорові органи та тканини нашого тіла, можуть також підтримувати здорові наші гени та хромосоми.
Незалежно від конкретних причин старіння, це може змінити:
- Вправи - Дослідження показали, що фізичні навантаження не тільки добре допомагають вашому серцю та легеням, але фізичні вправи подовжують теломери.
- Харчуйтесь здорово - дієта з високим вмістом фруктів та овочів пов’язана з більшою активністю теломерази (фактично, меншим скороченням теломер у ваших клітинах). Дієта з високим вмістом омега-3-жирних кислот пов'язана з довшими теломерами, але дієта з високим вмістом омега-6-жирних кислот є протилежною і пов'язана з більш короткими теломерами. Крім того, споживання газованої води пов’язане з більш короткими теломерами. Резерватрол, інгредієнт, відповідальний за хвилювання при вживанні червоного вина (але він також міститься в безалкогольному червоному виноградному соку), здається, активує білок довголіття SIRT
- Зменшити стрес
- Уникайте канцерогенів
- Підтримуйте здорову вагу - Ожиріння пов’язане не лише з деякими генетичними механізмами, пов’язаними зі старінням, зазначеним вище (наприклад, підвищеним укороченням теломер), але неодноразові дослідження виявили переваги довголіття, пов’язані з обмеженням калорій. Перший принцип раку профілактичний спосіб життя, висунутий Американським інститутом досліджень раку - будьте якомога худішим, не маючи ваги, - це може зіграти певну роль у довголітті, а також у профілактиці раку та попередженні рецидивів раку.