Генетическая теория старения, концепции и доказательства

Ваша ДНК может предсказать о вас больше, чем то, как вы выглядите. Согласно генетической теории старения, ваши гены (а также мутации в этих генах) отвечают за то, как долго вы будете жить. Вот что вы должны знать о генах и долголетии, и где генетика вписывается в различные теории старения.

Генетическая теория старения

Генетическая теория старения утверждает, что продолжительность жизни во многом определяется генами, которые мы наследуем. Согласно теории, наше долголетие определяется прежде всего в момент зачатия и в значительной степени зависит от наших родителей и их генов.

Основой этой теории является то, что сегменты ДНК, которые находятся на конце хромосом, называемые теломерами, определяют максимальную продолжительность жизни клетки. Теломеры представляют собой кусочки «мусорной» ДНК на конце хромосом, которые становятся короче каждый раз, когда клетка делится. Эти теломеры становятся все короче и короче, и в конечном итоге клетки не могут делиться без потери важных фрагментов ДНК.

Прежде чем углубляться в принципы того, как генетика влияет на старение, а также в аргументы за и против этой теории, полезно кратко обсудить основные категории теорий старения и некоторые конкретные теории в этих категориях. В настоящее время нет ни одной теории или даже одной категории теорий, которые могли бы объяснить все, что мы наблюдаем в процессе старения.

Теории старения

Существуют две основные категории теорий старения, которые принципиально отличаются тем, что можно назвать «целью» старения. В первой категории старение - это по сути случайность; накопление повреждений и износа для тела, что в конечном итоге приводит к смерти. Напротив, запрограммированные теории старения рассматривают старение как преднамеренный процесс, управляемый таким образом, который можно сравнить с другими фазами жизни, такими как половое созревание.

Теории ошибок включают в себя несколько отдельных теорий, в том числе:

• Износ теории старения
• Скорость жизни теории старения
• Белковая теория сшивки снова
• Свободнорадикальная теория старения
• Теория соматических мутаций старения

Запрограммированные теории старения также разбиты на различные категории в зависимости от метода, которым наши тела запрограммированы на старение и смерть.

• Запрограммированное долголетие - запрограммированное долголетие утверждает, что жизнь определяется последовательным включением и выключением генов.
• Эндокринная теория старения
• Иммунологическая теория старения

Существует значительное совпадение между этими теориями и даже категориями теорий старения.

Гены и телесные функции

Прежде чем обсуждать ключевые концепции, связанные со старением и генетикой, давайте рассмотрим, что представляет собой наша ДНК, и некоторые основные способы влияния генов на нашу продолжительность жизни.

Наши гены содержатся в нашей ДНК, которая присутствует в ядре (внутренней области) каждой клетки нашего тела. (Существует также митохондриальная ДНК, присутствующая в органеллах, называемых митохондриями, которые присутствуют в цитоплазме клетки.) У каждого из нас есть 46 хромосом, составляющих нашу ДНК, 23 из которых происходят от наших матерей и 23 от наших отцов. Из них 44 являются аутосомами, а две - половыми хромосомами, которые определяют, должны ли мы быть мужчинами или женщинами. (Митохондриальная ДНК, напротив, несет гораздо меньше генетической информации и поступает только от наших матерей.)

В этих хромосомах находятся наши гены, наш генетический проект, несущий ответственность за передачу информации о каждом процессе, который будет происходить в наших клетках.Наши гены можно представить как последовательность букв, которые составляют слова и предложения инструкций. Эти слова и предложения кодируют производство белков, которые контролируют каждый клеточный процесс.

Если какой-либо из этих генов поврежден, например, мутацией, которая изменяет последовательность «букв и слов» в инструкциях, может быть получен аномальный белок, который, в свою очередь, выполняет дефектную функцию. Если происходит мутация в белках, которые регулируют рост клетки, может возникнуть рак. Если эти гены мутируют с рождения, могут возникнуть различные наследственные синдромы. Например, муковисцидоз - это состояние, при котором ребенок наследует два мутированных гена, контролирующих белок, который регулирует каналы, ответственные за движение хлорида через клетки потовых желез, пищеварительных желез и многое другое. В результате этой единственной мутации происходит сгущение слизи, вырабатываемой этими железами, и возникающие в результате проблемы, связанные с этим состоянием.

Как гены влияют на продолжительность жизни

Не требуется тщательного исследования, чтобы определить, что наши гены играют хоть какую-то роль в долголетии. Люди, чьи родители и предки жили дольше, как правило, живут дольше и наоборот. В то же время мы знаем, что генетика сама по себе не является единственной причиной старения. Исследования, в которых рассматриваются идентичные близнецы, показывают, что явно происходит что-то еще; идентичные близнецы с одинаковыми генами не всегда живут одинаковым количеством лет.

Некоторые гены полезны и увеличивают продолжительность жизни. Например, ген, который помогает человеку усваивать холестерин, снижает риск сердечных заболеваний.

Некоторые генные мутации передаются по наследству и могут сократить продолжительность жизни. Тем не менее, мутации также могут происходить после рождения, так как воздействие токсинов, свободных радикалов и радиации может вызвать генные изменения. (Генные мутации, приобретенные после рождения, называются приобретенными или соматическими генными мутациями.) Большинство мутаций для вас не вредны, а некоторые могут даже быть полезными. Это потому, что генетические мутации создают генетическое разнообразие, которое поддерживает здоровье населения. Другие мутации, называемые молчащими мутациями, вообще не влияют на организм.

Некоторые гены, когда мутируют, вредны, например, те, которые увеличивают риск развития рака. Многие люди знакомы с мутациями BRCA1 и BRCA2, которые предрасполагают к раку молочной железы. Эти гены упоминаются как гены-супрессоры опухолей, которые кодируют белки, которые контролируют восстановление поврежденной ДНК (или устранение клетки с поврежденной ДНК, если восстановление невозможно).

Различные заболевания и состояния, связанные с наследственными генными мутациями, могут напрямую влиять на продолжительность жизни. К ним относятся муковисцидоз, серповидно-клеточная анемия, болезнь Тея-Сакса и болезнь Хантингтона, и многие другие.

Ключевые понятия в генетической теории старения

Ключевые понятия в области генетики и старения включают несколько важных концепций и идей, начиная от сокращения теломер и заканчивая теориями о роли стволовых клеток в старении.

теломеры - В конце каждой из наших хромосом лежит кусочек «мусорной» ДНК, называемый теломерами. Теломеры не кодируют какие-либо белки, но, по-видимому, выполняют защитную функцию, предотвращая присоединение концов ДНК к другим частям ДНК или образование круга. Каждый раз, когда клетка делится, отсекается немного больше теломер. В конце концов. этой ненужной ДНК не осталось, и дальнейшее перерезание может повредить хромосомы и гены, что приведет к гибели клетки.

В целом, средняя ячейка способна делиться в 50 раз до того, как теломер израсходован (предел Хейфлика). Раковые клетки нашли способ не удалять, а иногда даже добавлять, часть теломер. Кроме того, некоторые клетки, такие как лейкоциты, не подвергаются этому процессу укорочения теломер. Похоже, что, хотя гены во всех наших клетках имеют кодовое слово для фермента теломераза, который ингибирует укорочение теломер и, возможно, даже приводит к удлинению, ген только «включен» или «экспрессирован», как говорят генетики, в таких клетках, как белый. клетки крови и раковые клетки. Ученые предположили, что, если бы эту теломеразу можно было как-то включить в других клетках (но не настолько, чтобы их рост стал бесполезным, как в раковых клетках), наш возрастной предел мог бы быть увеличен.

Исследования показали, что некоторые хронические состояния, такие как высокое кровяное давление, связаны с меньшей активностью теломеразы, тогда как здоровое питание и физические упражнения связаны с более длинными теломерами. Избыточный вес также связан с более короткими теломерами.

Гены долголетия - Гены долголетия - это специфические гены, которые связаны с продолжительностью жизни. Два гена, которые непосредственно связаны с долголетием - это SIRT1 (sirtuin 1) и SIRT2. Ученые, изучавшие группу из более 800 человек в возрасте 100 лет и старше, обнаружили три значительных различия в генах, связанных со старением.

Клеточное старение - Клеточное старение относится к процессу, посредством которого клетки распадаются с течением времени. Это может быть связано с укорочением теломер или процессом апоптоза (или самоубийства клеток), при котором удаляются старые или поврежденные клетки.

Стволовые клетки - Плюрипотентные стволовые клетки - это незрелые клетки, которые могут стать клетками любого типа в организме. Предполагается, что старение может быть связано либо с истощением стволовых клеток, либо с потерей способности стволовых клеток дифференцироваться или созревать в различные виды клеток. Важно отметить, что эта теория относится к взрослым стволовым клеткам, а не к эмбриональным стволовым клеткам. В отличие от эмбриональных стволовых клеток, взрослые стволовые клетки не могут превращаться в клетки любого типа, а только в определенное количество типов клеток. Большинство клеток в нашем организме дифференцированы или полностью зрелы, а стволовые клетки представляют собой лишь небольшое количество клеток, присутствующих в организме.

Примером типа ткани, в котором регенерация возможна этим способом, является печень. Это в отличие от мозговой ткани, которой обычно не хватает такого регенеративного потенциала. В настоящее время есть доказательства того, что сами стволовые клетки могут быть затронуты в процессе старения, но эти теории похожи на проблему курицы и яйца. Нет уверенности, что старение происходит из-за изменений в стволовых клетках, или если вместо этого изменения в стволовых клетках происходят из-за процесса старения.

Epigenetics - Эпигенетика относится к экспрессии генов. Другими словами, ген может присутствовать, но может быть либо включен, либо выключен. Мы знаем, что в организме есть некоторые гены, которые включены только на определенный период времени. Область эпигенетики также помогает ученым понять, как факторы окружающей среды могут работать в рамках генетических ограничений для защиты или предрасположенности к болезням.

Три основные генетические теории старения

Как отмечалось выше, имеется значительное количество доказательств того, что гены важны для ожидаемой выживаемости. Если посмотреть на генетические теории, они разбиты на три основные школы мысли.

• Первая теория утверждает, что старение связано с мутациями, которые связаны с долгосрочным выживанием, и что старение связано с накоплением генетических мутаций, которые не ремонтируются.
• Другая теория заключается в том, что старение связано с поздним воздействием определенных генов и называется плейотропным антагонизмом.
• Еще одна теория, основанная на выживании в опоссумах, заключается в том, что среда, в которой мало факторов, влияющих на продолжительность жизни, может привести к увеличению числа членов, имеющих мутации, которые замедляют процесс старения.

Доказательства позади теории

Есть несколько путей доказательства, которые поддерживают генетическую теорию старения, по крайней мере, частично.

Возможно, самым убедительным доказательством в поддержку генетической теории являются значительные видоспецифичные различия в максимальном выживании: некоторые виды (например, бабочки) имеют очень короткую продолжительность жизни, а другие, такие как слоны и киты, похожи на наши. В пределах одного вида выживание схоже, но выживание может сильно отличаться между двумя видами, которые в остальном одинаковы по размеру.

Исследования близнецов также подтверждают генетический компонент, поскольку идентичные близнецы (монозиготные близнецы) гораздо более похожи по продолжительности жизни, чем неидентичные или дизиготные близнецы. Оценка идентичных близнецов, которые выросли вместе, и сопоставление этого с идентичными близнецами, которые выросли друг от друга, может помочь выделить такие факторы поведения, как диета и другие привычки образа жизни, как причину семейных тенденций в долголетии.

Дальнейшие доказательства в широком масштабе были найдены при изучении влияния генетических мутаций у других животных. У некоторых червей, а также у некоторых мышей мутация одного гена может увеличить выживаемость более чем на 50 процентов.

Кроме того, мы находим доказательства некоторых специфических механизмов, вовлеченных в генетическую теорию. Прямые измерения длины теломер показали, что теломеры уязвимы к генетическим факторам, которые могут ускорить скорость старения.

Доказательства против генетических теорий старения

Один из более сильных аргументов против генетической теории старения или «запрограммированной продолжительности жизни» исходит с эволюционной точки зрения. С какой стати определенная продолжительность жизни выходит за рамки размножения? Другими словами, какая «цель» существует для жизни после того, как человек размножился и прожил достаточно долго, чтобы поднять свое потомство до зрелого возраста?

Из того, что мы знаем о образе жизни и болезнях, также ясно, что есть много других факторов старения. У идентичных близнецов может быть очень разная продолжительность жизни в зависимости от их воздействия, факторов их образа жизни (таких как курение) и моделей физической активности.

Суть

Подсчитано, что гены могут объяснить максимум 35 процентов продолжительности жизни, но мы все еще не понимаем, что такое старение, а то, что мы понимаем. В целом, вполне вероятно, что старение - это многофакторный процесс, а это, вероятно, сочетание нескольких теорий. Также важно отметить, что обсуждаемые здесь теории не являются взаимоисключающими. Понятие эпигенетики, или «экспрессирован» или нет присутствующий ген, может еще больше запутать наше понимание.

В дополнение к генетике, есть и другие детерминанты старения, такие как наше поведение, воздействие и просто удача. Вы не обречены, если члены вашей семьи стремятся умереть молодыми, и вы не можете игнорировать свое здоровье, даже если члены вашей семьи, как правило, живут долго.

Что вы можете сделать, чтобы уменьшить «генетическое» старение ваших клеток?

Нас учат правильно питаться и быть активными, и эти факторы образа жизни, вероятно, столь же важны, независимо от того, насколько наша генетика вовлечена в старение. Те же самые методы, которые, кажется, поддерживают здоровые органы и ткани нашего тела, могут также поддерживать наши гены и хромосомы здоровыми.

Независимо от конкретных причин старения, это может иметь значение для:

• Упражнения - Исследования показали, что физическая активность не только помогает вашему сердцу и легким функционировать хорошо, но и удлиняет теломеры.
• Соблюдайте здоровую диету - диета с высоким содержанием фруктов и овощей связана с большей активностью теломеразы (в действительности, меньшее укорочение теломер в ваших клетках). Диета с высоким содержанием омега-3-жирных кислот связана с более длинными теломерами, но диета с высоким содержанием омега-6-жирных кислот является противоположной и связана с более короткими теломерами. Кроме того, потребление газированной воды связано с более короткими теломерами.Reservatrol, ингредиент, ответственный за возбуждение от питья красного вина (но также содержится в безалкогольном соке красного винограда), активирует белок долголетия SIRT
• Снизить стресс
• Избегайте канцерогенов
• Поддержание здорового веса. Мало того, что ожирение связано не только с некоторыми генетическими механизмами, связанными со старением, отмеченными выше (такими как повышенное укорочение теломер), но и в ходе неоднократных исследований было выявлено преимущество долголетия, связанное с ограничением калорий. Первый принцип в жизни, направленной на профилактику рака, выдвинутый Американским институтом исследований рака - быть как можно более худым, не имея лишнего веса, - может играть роль в долголетии, а также в профилактике рака и предотвращении рецидива рака.