|
Недавно две группы ученых убедительно доказали, что одной из
причин старения и
Пока нет общепринятого мнения о причинах старения. По одной из гипотез, старение и смерть индивидуумов, не способных более к размножению, выгодно для вида, поскольку экономятся ресурсы (пища, территория), необходимые для молодых, более полезных для существования всего вида особей. Хотя не известно точно, сколько генов задействовано в этой программе старения и как они взаимодействуют, но, детально изучив их, можно попытаться заблокировать механизм старения.
Согласно же другой гипотезе, старение — результат действия сотен или даже тысяч вредных генетических признаков, которые начинают проявляться лишь по окончании репродуктивного периода. Мы будем называть их DILL-признаки (DILL — от англ. Deleterious In Late Life), или DILL-аллели.
Почему эти DILL-признаки накапливались в течение эволюции? Выделяют три возможные причины (Cortopassi 2002). Во-первых, численность популяции на протяжении большей части эволюции человека была крайне низкой (примерно 10 000), в связи с чем случайные процессы сильно влияли на эволюцию генов человека и приводили к закреплению множества вредных аллелей. Недавнее резкое увеличение численности популяции еще не отразилось на эволюции генов человека.
Во-вторых, мутация, проявляющаяся лишь после репродуктивного периода, очень слабо влияет на приспособленность организма (число детей) и поэтому может распространиться в популяции случайным образом, без влияния естественного отбора.
И в-третьих, даже если предположить, что DILL-мутации как-то
влияют на приспособленность (например, мудрые советы пожилых людей
обеспечивают лучшую выживаемость их детей и внуков), естественный
отбор не мог элиминировать эти мутации, поскольку в древней
человеческой популяции средняя продолжительность жизни была низкой.
За 5 миллионов лет могло накопиться множество мутаций,
вызывающих ухудшение слуха в 50 лет, ослабление памяти
в 55, болезнь Паркинсона в 60, дряблость кожи в 65...
Все они находились в полной безвестности, пока примерно
10 000 лет назад человек не занялся земледелием,
продолжительность его жизни увеличилась, и все эти DILL-мутации
стали проявляться. Начиная с этого момента человек стал умирать
преимущественно от внутренних причин
Однако гены накопили DILL-мутации неравномерно, поэтому и
потенциальная вредность от этих генов в старости будет разная.
Например, митохондриальные гены (те которые содержатся в
митохондрии, наследуемой через цитоплазму яйцеклетки от матери)
должны содержать много DILL-мутаций. Это объясняется тем, что в
связи с гаплоидностью, цитоплазматическим наследованием и
отсутствием рекомбинации митохондриальные гены обладают низкой
эффективной численностью, поэтому на их эволюцию сильно влияют
случайные факторы и слабо влияет естественный отбор. В результате
Кроме того, митохондрии обладают повышенным темпом мутирования,
что увеличивает вероятность появления новой
Внутри клетки митохондриальные геномы конкурируют друг с другом.
Геномы, которые быстрее реплицируются, увеличивают свою численность
внутри клетки и вытесняют медленно-размножающихся конкурентов. Если
у одного генома произошла крупная
Однако межклеточный уровень конкуренции ставит всё на свои места: клетка, в которой мутантные митохондриальные геномы достигли высокой концентрации, менее жизнеспособна и медленнее делится по сравнению с клеткой с нормальными митохондриальными геномами, и мутантные геномы элиминируются из организма вместе со своей клеткой.
Важно отметить, что порог проявления патогенного эффекта мутантного генома варьирует в зависимости от энергетической потребности клетки. Так, ткани, сильно зависящие от митохондриального метаболизма (мышцы, сердце и нервная система) более чувствительны к накоплению мутантных геномов и, значит, имеют самый низкий порог.
Помимо своей высокой энергетической емкости нервная ткань характеризуется чрезвычайно медленным делением клеток, что приводит к тому, что межклеточный уровень отбора оказывается слабее внутриклеточного и с большой вероятностью может проявиться патогенный эффект, вызванный мутантными митохондриальными геномами.
Исследуя мутации в митохондриальной ДНК (мтДНК) нейронов мозга, две независимых лаборатории (Bender et al. 2006; Kraytsberg et al. 2006) получили интересные результаты о причинах старения и болезни Паркинсона — одной из основных нейродегенеративных болезней старости, характеризующейся нарушением планирования действий, что выражается в акинезии (ограничение произвольных движений), ригидности (повышение мышечного тонуса) и тремор конечностей (дрожание). Результаты их работы опубликованы в майском номере Nature Genetics.
Объектом исследований был головной мозг умерших людей, а именно
участок под названием
|
Техническим ноу-хау, позволившим сделать новые открытия, оказалась возможность исследования мутаций в митохондриальной ДНК (мтДНК) и доли мутантных геномов в каждом конкретном нейроне черного вещества, а не во всей нервной ткани.
Исследования нейронов черного вещества показали быстрое
накопление делеций с возрастом. Оказалось также, что некоторые
нейроны имеют сильный дефицит
|
Важно отметить, что разные нейроны содержат уникальные делеции,
что говорит о соматическом происхождении этих мутаций в нейронах.
Интересно, что нейроны, выделенные из соседней области головного
мозга (
Итак, соматические делеции в мтДНК играют важную роль в
деградации нейронов при старении и болезни Паркинсона. Поскольку
делеции появляются независимо в разных нейронах черного вещества
примерно в одно и тоже время и затрагивают примерно одно и то же
место, скорее всего существуют определенные
Другая потенциальная DILL-мутация может находиться в митохондрильной ДНК-полимеразе — ферменте, который реплицирует мтДНК. Мутантная форма данного фермента приводит к большому числу ошибок при репликации мтДНК, и линии мышей с таким ферментом страдают от раннего старения из-за накопления большого числа мутаций в мтДНК (Trifunovic et al. 2004).
Скорее всего, болезнь Паркинсона, как и старение, может быть вызвана многочисленными причинами. Например, мутация в ядерно-кодируемом гене альфа-синуклеине приводит к слипанию мутантных белков и образованию цитоплазматических включений, характерных для болезни Паркинсона (Polymeropoulos et al. 1997). Сходный эффект проявляется при нарушении у мышей автофагии — процесса удаления старых белков из цитоплазмы клеток (Hara et al. 2006).
Успех в изучении и лечении каждой из причин болезни Паркинсона и
старения вносит свой вклад в общее дело борьбы с этим недугом.
Впервые болезнь Паркинсона была описана в 1817 году
Источники:
1) Bender et al.
2)
Kraytsberg et al.
3) G. Manfredi.
Обнаружен организм с крупнейшим геномом Новокаледонский вид вилочного папоротника Tmesipteris oblanceolata, произрастающий в Новой Каледонии, имеет геном размером 160,45 гигапары, что более чем в 50 раз превышает размер генома человека. | Тематическая статья: Тема осмысления |
Рецензия: Рецензия на книгу Дубынина В.А. Мозг и его потребности. От питания до признания | Топик ТК: О сути бытового уровня интерпретации на примере авторской теории |
| ||||||||||||