Эксперименты Хейфлика, генетические пределы жизни и теории старения

Содержание

Генетика старения

Эксперименты Хейфлика, генетические пределы жизни и теории старения

Человечество всегда интересовали причины и механизмы старения.

Это связано с естественным стремлением людей сохранить свое здоровье и молодость как можно дольше. В современной науке нет единого мнения о проблеме старения. Вновь открываемые научные факты с каждым годом позволяют все глубже проникнуть в суть процесса старения. Существует около 300 теорий старения.

Всетеориистаренияусловноможноразделитьнадвебольшиегруппы

Эволюционные теории

Старение является запрограммированным процессом.Старение развилось в результате эволюции из-за некоторых преимуществ, которые оно даёт целой популяции.

Теории, основанные на случайных повреждениях клеток

Старение является результатом природного процесса накопления повреждений, с которыми организм старается бороться.Различия старения у разных организмов является результатом разной эффективности этой борьбы.

Механизм старения

Признаки старения у всех млекопитающих сходны (изменение гормонального статуса, стирание зубов, поседение и облысение, накопление межклеточного коллагена).

В процессе старения важную роль играет не только генетический механизм, но и его взаимодействие с вредными факторами внешней среды.

Первопричины процесса старения выявляются на всех уровнях, включая молекулярный, клеточный, тканевой, органный, уровень старения физиологических систем.

Существование наследственных болезней преждевременного старения подтолкнуло ученых к поиску гена, ответственного за процессы старения. Клеточное старение – результат генетической программы, с помощью которой специфические гены ограничивают клеточную пролиферацию.

Ген белка р53

Страж геномаКонтролирует эволюцию раковых клеток, ограничивая их бесконтрольный рост.Выполняет функцию удаления старых, нефункционирующих клеток.Установлено, что мутантные формы р53 могут препятствовать элиминации нефункционирующих клеток и, таким образом, инициировать образование опухоли.

Теломерная теория

В 1961 г. Л. Хейфлик установил, что фибробласты человека способны делиться только ограниченное число раз (“лимит Хейфлика”). А. Оловников в 1971 году предположил, что ограниченное количество делений клетки связано с механизмом удвоения ДНК: концы линейных хромосом (теломеры) с каждым делением укорачиваются.

Поэтому после некоторого количества делений клетка больше делиться не может.Было выяснено, что длина теломер хромосом зависит от возраста человека: чем старше человек, тем средняя длина теломер меньше.

Таким образом, при каждом делении клетки ее ДНК укорачивается, что служит «счетчиком» числа делений и, соответственно, продолжительности жизни.

Концепция критического порога накопления ошибок

При старении репарационные системы ДНК становятся более подверженными ошибкам, приводящим к усилению индукции мутаций.Накопление мутаций в различных органах и тканях является основным фактором, определяющим развитие возрастной патологии, включая рак.

Теория апоптоза

Апоптоз – запрограммированная гибель клетки.

Для организма в целом “безопаснее” иметь механизмы элиминации генетически поврежденных клеток, чем риск возникновения очагов неконтролируемого автономного роста.В многоклеточном организме апоптоз выступает как неотъемлемая компонента механизмов поддержания клеточного гомеостаза.

Теория свободных радикалов

Старение обусловлено повреждением макромолекул клеток под действием собственных свободных радикалов, которые в норме образуются в качестве побочных продуктов метаболизма в каждой клетке.

Продуцируемые в митохондриях клеток свободные радикалы вызывают повреждения мембран, коллагена, ДНК, хроматина, структурных белков, а также участвуют в регуляции экспрессии ядерных и митохондриальных генов.

Термодинамическая теория старения

Согласно этой теории, эволюционные процессы на любом иерархическом уровне протекают в направлении наибольшей “термодинамической востребованности”, что соответствует принципу наименьшего принуждения.Колебания параметров среды обитания «омолаживают» или «старят биоткани организма» в пределах адаптивной зоны и являются появлением термодинамической силы окружающей среды.

Термодинамическая теория позволяет сформулировать принципы создания диет и ряда лекарственных препаратов, замедляющих процесс старения: пищевые добавки должны содержать все физиологически важные ингредиенты живых тканей, дозировки компонентов должны быть такими, чтобы их концентрации в тканях пациента были близки к концентрациям этих веществ в тканях молодого организма.

Иммунологическая теория

Увеличение с возрастом заболеваний, связанных с дефектами иммунной системы. Старение иммунной системы может ограничивать продолжительность жизни. Было установлено, что пептидные препараты тимуса могут восстанавливать компетентность иммунных клеток в старом организме и увеличивать продолжительность жизни животных.

Элевационная теория старения Дильмана

С возрастом повышается порог чувствительности гипоталамуса к регуляторным гомеостатическим сигналам (В. М. Дильман).

1) Возрастное включение/выключение функции репродуктивной системы в женском организме.

2) Возрастные изменения в гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системе, обеспечивающей тонический уровень ГКС в крови, их циркадный ритм и повышение секреции при стрессе.

3) Увеличение с возрастом содержания жира в организме, снижение чувствительности тканей к инсулину и развитие атеросклероза.

Развивая и углубляя на протяжении почти 40 лет свою концепцию, В.М.Дильман пришел к убеждению, что старение не запрограммировано, а является побочным продуктом реализации генетической программы развития, и поэтому старение возникает с закономерностью, свойственной генетической программе.

Теория снижение калорийностипищи

Один из способов предупреждения старения.

Эффект связан с уменьшением интенсивности свободнорадикальных процессов.

Происходит замедление роста, уменьшение содержания жира в теле, снижение нейроэндокринных и иммунологических возрастных сдвигов, увеличение репарации ДНК, изменение скорости биосинтеза белков и экспрессии генов, снижение температуры тела и темпов основного обмена, ослабление окислительного стресса.

Роль эпифиза в механизмах старения

Эпифиз – нейроэндокринный орган, находящийся в тесной связи с гипоталамусом и периферическими эндокринными железами. Обладает широким спектром биологической активности, участвуя в регуляции суточных и сезонных ритмов, адаптации к изменениям окружающей среды, репродуктивной функции, антиоксидантной и противоопухолевой защите организма

При старении функция эпифиза снижается, что проявляется прежде всего нарушением ритма секреции мелатонина и снижением уровня его секреции.

Механизмы геропротекторного действия мелатонина и эпиталамина полностью не известны. Существенную роль могут играть:

способность этих веществ угнетатьсвободнорадикальные процессы ворганизме.способность стимулировать клетки иммуннойсистемы.способность нормализовать ряд возрастных изменений жиро- углеводногообмена.способность предупреждать развитие как спонтанных, так и индуцированных канцерогенаминовообразований.

Удаление у крыс эпифиза в молодом возрасте приводит к существенному уменьшению продолжительности жизни по сравнению в контролем.

Пересадка в и вилочковую железу или область эпифиза старых мышей эпифиза от молодых доноров приводила к увеличению продолжительности жизни животных.

Старые мыши, которым с питьевой водой на ночь давали мелатонин, жили на 20 % дольше контрольных и выглядели явно бодрее последних. Но в ряде работ было установлено, что мелатонин при длительном его введении может увеличивать частоту новообразований.

Борьба с эпифиз-старением

Ложиться спать до 12 часов ночи, длительность сна должна быть около 7-8 часов. Отказаться, по возможности, от ночной работ.

Не рекомендуется включать ночью в спальне свет.

В вечернее и ночное время следует отказаться от употребления кофеина

В весенне-летний сезон, когда синтез мелатонина снижается, принимать витаминно-минеральные комплексы, включающие в себя витамин В3 и В6, кальций и магний, повышающие его выработку.

Включить в рацион питания: бананы, индейку, курицу, сыр, орехи, семечки. Они богаты триптофаном- предшественником мелатонина и серотонина.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a6942b57425f5327c4e2739/5a7c766c5f4967da9e38b12e

Теории старения

Эксперименты Хейфлика, генетические пределы жизни и теории старения

Мысль о том, что старение может быть заложено с момента рождения, была высказана немецким ученым-дарвинистом Августом Вейсманом (Friedrich Leopold August Weismann, 1834-1914). В своей знаменитой лекции, прочитанной в 1891 году, Вейcман выдвинул предположение, что смерть от старости возникла в ходе эволюции: .

Подходы к классификации теорий старения

Теории, объясняющие старение организмов можно классифицировать различными способами.

Например, существует разделение на три группы: генетические теории, в которых генно-контролируемые запрограммированные , такие как теломеры регулируют рост, зрелость и старость, нейроэндокринные теории и теории накопления повреждений. Вообще говоря, это разделение довольно условное, потому как все эти механизмы важны и взаимосвязаны.

Также выделяют 2 большие группы: стохастические (вероятностные) теории и теории программированного старения.Можно классифицировать теории по уровню организации живой материи.

По мнению В.Н.

Анисимова, руководителя Российского Геронтологического Общества, наиболее яркими теориями остаются выдвинутая в 1956 г. Д. Харманом свободнорадикальная теория (Harman, 1956, 1998), теория клеточного (репликативного) старения Л.

Хейфлика (Hayflick, Moorhead, 1961; Hayflick, 1998), теломерная теория А.М.Оловникова (Оловников, 1971; Olovnikov, 1996), элевационная теория старения В.М. Дильмана (Дильман, 1987; Dilman, 1971, 1994) и теория расходуемой сомы Т. Кирквуда (Kirkwood, 1997, 2002). выдвинутая в 1956 г. Д.

Харманом свободнорадикальная теория, теория клеточного (репликативного) старения Л. Хейфлика и теломерная теория А. М. Оловникова, элевационная теория старения В. М. Дильмана.

(Yin, Chen, 2005)

Организменный уровень интеграции Теория изнашивания – Sacher, 1966 Теория катастрофы ошибок – Orgel, 1963 Теория стрессового повреждения – Stlye, 1970 Теория аутоинтоксикации – Metchnikoff, 1904 Эволюционная теория (теория программированного старения) – Williams, 1957

Теория сохранения информации (теория программированного старения)

Органный уровень Эндокринная теория – Korenchevsky, 1961 Иммунологическая теория – Walford, 1969

Торможение головного мозга

Клеточный уровень Теория клеточных мембран – Zg-Nagy, 1978 Теория соматических мутаций – Szillard, 1959 Митохондриальная теория – Miquel et al., 1980 Митохондриально-лизосомальная теория – Brunk, Terman, 2002

Теория пролиферативного лимита клетки (теория программированного старения) – Hayflick, Moorhead, 1961

Молекулярный уровень Теория накопление повреждений ДНК – Vilenchik, 1970 Теория следовых элементов – Eichhorn, 1979 Свободно-радикальная теория – Harman, 1956 Теория поперченных сшивок – Bjorksten, 1968 Теория окислительного стресса – Sohal, Allen, 1990; Yu, Yang, 1996 Теория неэнзиматической гликозиляции – Cerami, 1985 Теория карбонильной интоксикации – Yin, Brunk, 1995 Теория катастрофы загрязнения – Terman, 2001 Теория генных мутаций

Теория укорочения теломер (теория программированного старения) – Оловников, 1971

Прочие подходы Cтарение как энтропия – Sacher, 1967; Bortz, 1986 Математические теории и различные унифицированные теории – Sohal, Alle, 1990;

Zg-Nagy, 1991; Kowald, Kirkwood, 1994

Свободнорадикальная теория старения Дэнхема Хармана

Свободнорадикальная теория старения была представлена в 1956 Денхамом Харманом, который предположил, что старение является результатом случайного вредоносного повреждения тканей свободными радикалами. В ходе жизнедеятельности каждой клетки через неё проходит огромное количество кислорода.

Он используется для клеточного дыхания, дающего клетке энергию. Но небольшая доля кислорода при этом уходит в паразитные соединения, обладающие огромной реакционной способностью. Их называют АФК – активные формы кислорода (хотя в их составе бывает и не только кислород).

Примерами таких веществ могут служить всем хорошо известные перекись водорода и озон. Эти два вещества, однако, относительно малоактивны и могут существовать долго. Другие же АФК несравненно агрессивней. В организме они живут лишь тысячные доли секунды. А потом вступают в реакцию с другими молекулами, повреждая их.

Они атакуют белки, липиды клеточных мембран, ДНК…В результате атак со стороны АФК повреждаются митохондрии. Накопление этих повреждений и является сутью старения.

Интервью

Теория клеточного старения Леонарда Хейфлика

В 1961 г. Леонард Хейфлик представил данные о том, что даже в идеальных условиях культивирования фибробласты эмбриона человека способны делиться только ограниченное число раз (50 + 10). Последняя фаза жизни клеток в культуре была уподоблена клеточному старению, а сам феномен получил по имени автора название “предела Хейфлика”. Сам Хейфлик не предложил объяснение этого явления.

развитие теории Хейфлика

В 1971 г. научный сотрудник Института биохимической физики РАН А.М. Оловников, используя данные о принципах синтеза ДНК в клетках, предложил гипотезу, по которой объясняется тем, что при каждом клеточном делении хромосомы немного укорачиваются.

У хромосом имеются особые концевые участки – теломеры, которые после каждого удвоения хромосом становятся немного короче, и в какой-то момент укорачиваются настолько, что клетка уже не может делиться. Тогда она постепенно теряет жизнеспособность – именно в этом, согласно теломерной теории, и состоит старение клеток. Открытие в 1985 г.

фермента теломеразы, достраивающего укороченные теломеры в половых клетках и клетках опухолей, обеспечивая их бессмертие, стало блестящим подтверждением теории Оловникова.

Правда, предел в 50-60 делений справедлив далеко не для всех клеток: раковые и стволовые клетки теоретически могут делиться бесконечно долго, в живом организме стволовые клетки могут делиться не десятки, а тысячи раз, но связь старения клеток с укорочением теломер является общепризнанной.
Интервью на Радио Свобода

Элевационная теория старения

Выдвинута и обоснована в начале 50-х годов прошлого века ленинградским ученым Владимиром Дильманом. Согласно этой теории, механизм старения начинает свою работу с постоянного возрастания порога чувствительности гипоталамуса к уровню гормонов в крови. В итоге увеличивается концентрация циркулирующих гормонов.

Как результат, возникают различные формы патологических состояний, в том числе характерные для старческого возраста: ожирение, диабет, атеросклероз, канкриофилия, депрессия, метаболическая имуннодепрессия, гипертония, гиперадаптоз, автоиммунные заболевания и климакс. Эти болезни ведут к старению и в конечном итоге к смерти.

Другими словами, в организме, существуют большие биологические часы, которые отсчитают отпущенное ему время жизни от рождения до смерти. Эти часы в определенный момент запускают деструктивные процессы в организме, которые принято называть старением.

По Дильману, старение и связанные с ним болезни – это побочный продукт реализации генетической программы онтогенеза – развития организма.

Из онтогенетической модели следует, что если стабилизировать состояние гомеостаза на уровне, достигаемом к окончанию развития организма, то можно затормозить развитие болезней и естественных старческих изменений и увеличить видовые пределы жизни человека.

Скачать книгу В.Дильмана “Большие биологические часы”

Теория расходуемой (одноразовой) сомы

Теория одноразовой сомы Томаса Кирквуда.

Теория перекрестных сшивок

Этот механизм старения немного похож на воздействие свободных радикалов. Только роль агрессивных веществ здесь играют сахара, в первую очередь – всегда присутствующая в организме глюкоза. Сахара могут вступать в химическую реакцию с различными белками. При этом, естественно, функции этих белков могут нарушаться.

Но что гораздо хуже, молекулы сахаров, соединяясь с белками, обладают способностью молекулы белков между собой. Из-за этого клетки начинают хуже работать. В них накапливается клеточный мусор.Одно из проявлений такой сшивки белков – потеря тканями эластичности. Внешне наиболее заметным оказывается появление на коже морщин.

Но гораздо больший вред приносит потеря эластичности кровеносных сосудов и лёгких. В принципе, у клеток есть механизмы для разрушения подобных сшивок. Но этот процесс требует от организма очень больших энергозатрат.

Сегодня уже существуют лекарственные препараты, которые разбивают внутренние сшивки и превращают их в питательные вещества для клетки.

Теория ошибок

Гипотеза была выдвинута в 1954 г. американским физиком М. Сциллардом. Исследуя эффекты воздействия радиации на живые организмы, он показал, что действие ионизирующего излучения существенно сокращает срок жизни людей и животных.

Под воздействием радиации происходят многочисленные мутации в молекуле ДНК и инициируются некоторые симптомы старения, такие как седина или раковые опухоли. Из своих наблюдений Сцилард сделал вывод, что мутации являются непосредственной причиной старения живых организмов.

Однако он не объяснил факта старения людей и животных, не подвергавшихся облучению.
Его последователь Л.

Оргель считал, что мутации в генетическом аппарате клетки могут быть либо спонтанными, либо возникать в ответ на воздействие агрессивных факторов – ионизирующей радиации, ультрафиолета, воздействия вирусов и токсических (мутагенных) веществ и т.д. С течением времени система репарации ДНК изнашивается, в результате чего происходит старение организма.

Теория апоптоза (самоубийства клеток)

Академик В.П. Скулачев называет свою теорию теорией клеточного апоптоза. Апоптоз (греч. ) – процесс запрограммированной гибели клетки. Как деревья избавляются от частей, чтобы сохранить целое, так и каждая отдельная клетка, пройдя свой жизненный цикл, должна отмереть и ее место должна занять новая.

Если клетка заразится вирусом, или в ней произойдет мутация, ведущая к озлокачествлению, или просто истечет срок ее существования, то, чтобы не подвергать опасности весь организм, она должна умереть. В отличие от некроза – насильственной гибели клеток из-за травмы, ожога, отравления, недостатка кислорода в результате закупоривания кровеносных сосудов и т.д.

, при апоптозе клетка аккуратно саморазбирается на части, и соседние клетки используют ее фрагменты в качестве строительного материала.Самоликвидации подвергаются и митохондрии – изучив этот процесс, Скулачев назвал его митоптозом. Митоптоз происходит, если в митохондриях образуется слишком много свободных радикалов.

Когда количество погибших митохондрий слишком велико, продукты их распада отравляют клетку и приводят к ее апоптозу. Старение, с точки зрения Скулачева, – результат того, что в организме гибнет больше клеток, чем рождается, а отмирающие функциональные клетки заменяются соединительной тканью.

Суть его работы – поиск методов противодействия разрушению клеточных структур свободными радикалами. По мнению ученого, старость – это болезнь, которую можно и нужно лечить, программу старения организма можно вывести из строя и тем самым выключить механизм, сокращающий нашу жизнь.

По мнению Скулачева, главная из активных форм кислорода, приводящих к гибели митохондрий и клеток – перекись водорода. В настоящее время под его руководством проходит испытания препарат SKQ, предназначенный для предотвращения признаков старения.

Интервью “Новой Газете”

Адаптационно-регуляторная теория

Модель старения, разработанная выдающимся украинским физиологом и геронтологом В.В. Фролькисом в 1960-70-х гг., основана на широко распространенном представлении о том, что старость и смерть генетически запрограммированы.

теории Фролькиса состоит в том, что возрастное развитие и продолжительность жизни определяются балансом двух процессов: наряду с разрушительным процессом старения развертывается процесс , для которого Фролькис предложил термин (лат. vita – жизнь, auctum – увеличивать).

Этот процесс направлен на поддержание жизнеспособности организма, его адаптацию, увеличение продолжительности жизни. Представления об антистарении (витаукте) получили широкое распространение. Так, в 1995 г. в США состоялся первый международный конгресс по этой проблеме.

Существенным компонентом теории Фролькиса является разработанная им генорегуляторная гипотеза, по которой первичными механизмами старения являются нарушения в работе регуляторных генов, управляющих активностью структурных генов и, в результате, интенсивностью синтеза закодированных в них белков.

Возрастные нарушения генной регуляции могут привести не только к изменению соотношения синтезируемых белков, но и к экспрессии ранее не работавших генов, появлению ранее не синтезировавшихся белков и, как результат, к старению и гибели клеток.

В.В.

Фролькис полагал, что генорегуляторные механизмы старения являются основой развития распространенных видов возрастной патологии – атеросклероза, рака, диабета, болезней Паркинсона и Альцгеймера. В зависимости от активации или подавления функций тех или иных генов и будет развиваться тот или иной синдром старения, та или иная патология. На основе этих представлений была выдвинута идея генорегуляторной терапии, призванной предупреждать сдвиги, лежащие в основе развития возрастной патологии.

Редусомная теория Оловникова

Источник: http://sciencevsaging.org/content/%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9--33

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.