Биохимия старения - Канунго М. С.. Страница 29
Некоторые ферменты, например глюкокиназа и тирозинаминотрансфераза из печени мыши, индуцируются при голодании [2]. Было показано также, что тирозинаминотрансфераза печени индуцируется при низкой температуре [33]. В этих исследованиях установлено, что индукция у старых и молодых животных одинакова, но у первых время, необходимое для индукции, больше (табл. 3.4).
В общем, индукция оксидоредуктаз в старости понижается, а трансфераз — повышается или не изменяется. Индукция гидролаз и лиаз печени млекопитающих в старческом возрасте понижается, так же как и индукция трансфераз и гидролаз мозга. Однако пока число исследованных ферментов невелико, нельзя с уверенностью сделать заключение о закономерностях индукции определенных ферментов.
В приведенных исследованиях было показано также, что индукция одного и того же фермента по-разному меняется в разных органах. Например, индукция пируваткиназы в сердце старой крысы выше, чем у животного в среднем возрасте, в то время как в мозгу старой крысы она ниже по сравнению с животным в среднем возрасте [21–23].
Индукция многих ферментов в старческом возрасте уменьшается, и поэтому ослабевает адаптивность организма или его способность к ответу на соответствующий стимул. Эти ответы на основании времени, затрачиваемого на индукцию, и величины индукции (рис. 3.7) подразделяют на четыре главных типа [5]. У типа 1 лаг-период индукции в старости больше, но ее величина не меняется, если индуктор применяется в течение достаточного времени. Примерами этого типа ферментов являются глюкокиназа [1] (рис. 3.8), ДНК-полимераза [3] (рис. 3.9), тирозинаминотрансфераза [2] и сериндегидратаза [88] печени крыс при ответе на действие глюкозы, АКТГ и кортизона соответственно [5]. Лаг-период индукции тирозинаминотрансферазы после выдерживания при низкой температуре у старой мыши также увеличен [33].
Рис. 3.7. Зависимость ферментной адаптации от возраста [15]. В общем виде показаны четыре основных типа влияния старения на время протекания и величину гипотетических адаптивных изменений активности ферментов.
Сплошная линия — молодые животные, штриховая — среднего возраста, пунктирная — старые
Рис. 3.8. Зависимость лаг-периода индукции глюкокиназы от возраста крысы [4]
Рис. 3.9. Возрастные различия начала и максимума скорости синтеза ДНК в подчелюстной железе крысы после инъекции изопротеренола [3].
1 — возраст 2 мес; 2 — возраст 12 мес
У ферментов типа 2 степень индукции при одинаковой дозе индуктора в старческом возрасте или больше, или меньше. Индукция орнитин-оксокислота — аминотрансферазы кортизоном, глюкозо-6-фосфатазы в печени высокобелковым рационом [88], цитоплазматической малатдегидрогеназы адреналэктомированных крыс кортизоном [53] и орнитиндекарбоксилазы дексаметазоном [30] в старости значительно понижается. Экстремальные случаи такого понижения наблюдаются для митохондриальной малатдегидрогеназы [53] и аргиназы [90] печени после удаления надпочечника и введения кортизона и для ацетилхолинэстеразы мозга крысы [81] после овариэктомии и введения эстрадиола. Во всех этих случаях у старых животных наблюдается полное отсутствие индукции. Вместе с тем индукция глутаминсинтетазы кортизоном у старых крыс больше и в норме, и после удаления надпочечника [89]. Индукция в этих случаях исследовалась только одномоментно, и лаг-период ни для старых крыс, ни для крыс в среднем возрасте неизвестен.
У ферментов типа 3 в старости происходят изменения и величины индукции, и времени, необходимого для индукции. К этому типу относятся замедленное и более слабое повышение активности тимидинкиназы и дезокситимидилатсинтетазы из слюнных желез у крысы после введения изопротеринола [96] или у дрозофилы после обработки аминотриазолом [82].
Для ферментов типа 4 ответ на действие индуктора в среднем возрасте и в старости одинаков. К этому типу относится индукция глюкокиназы, тирозинаминотрансферазы [6] и митохондриальной глицерол-3-фосфат — дегидрогеназы [17] инсулином, кортизоном и тироксином соответственно.
Как и в случае содержания ферментов у нормальных животных, способность различных ферментов к индукции разными индукторами зависит, по-видимому, от линии и пола животных, времени измерения активности фермента, условий, в которых содержались животные, и их физиологического состояния. Однако очевидно, что в одной и той же популяции индукция некоторых ферментов может меняться. При этом может происходить изменение или величины, или лаг-периода, или того и другого вместе. Последовательность событий, начинающаяся с момента проникновения стероидного гормона в клетку-мишень и завершающаяся синтезом специфического белка, более или менее установлена. Гормон проникает в клетку-мишень и связывается со специфическим белковым рецептором в цитозоле, образуя комплекс гормон — рецептор (Г-Р). Этот комплекс проникает в ядро, где связывается со специфическими акцепторными центрами хроматина и стимулирует транскрипцию, после чего происходит синтез специфического белка (рис. 5.2). Необходимо точно определить то место (места) в этой последовательности событий, на котором в старческом возрасте происходит нарушение индукции стероидными гормонами.
Такая попытка была предпринята Канунго и его сотрудниками [54], которые показали, что эстрадиол накапливается в мозгу крысы. Введение эстрадиола (10 мкг/100 г) индуцирует ацетилхолинэстеразу в полушариях головного мозга незрелых и зрелых крыс после овариэктомии, но не влияет на синтез этого фермента у старых крыс [81]. Одной из возможных причин ухудшения индукции ацетилхолинэстеразы эстрадиолом в мозгу старой крысы может быть понижение содержания эстрадиол-связывающих рецепторных белков. Чтобы проверить это предположение, гомогенаты, полученные из полушария головного мозга 7-, 44- и 108-недельных крыс с удаленными яичниками, инкубировали с 3Н-эстрадиолом и количественно определяли эстрадиол-специфичный белок. Оказалось, что самое большое сродство этого белка к 17β-эстрадиолу характерно для головного мозга незрелых крыс, у которых наблюдается и самая сильная индукция ацетилхолинэстеразы (рис. 5.6) [56]. Сродство белка к эстрадиолу с возрастом понижается. Следовательно, одной из молекулярных причин ухудшения индукции ацетилхолинэстеразы эстрадиолом, по-видимому, является уменьшение содержания эстрадиол-специфического белка. Возникает вопрос: чем же вызывается это уменьшение? Известно, что эстрадиол стимулирует синтез своего собственного рецептора. Является ли понижение содержания специфического рецептора эстрадиола в мозгу крыс-самок следствием понижения содержания эстрадиола, которое, как известно, происходит в старости? У крыс-самцов уровень андрогена в старости также снижается. Влияет ли это на содержание ацетилхолинэстеразы в полушариях головного мозга? Если такое влияние существует, то для повышения содержания ацетилхолинэстеразы, жизненно важной для мозга, старым животным можно вводить стероидные гормоны.
Попытки повысить уровень определенных ферментов в мозгу старых крыс путем введения стероидных гормонов дали обнадеживающие результаты. Кастрация старых мужских и женских особей крыс понижает содержание в полушариях мозга двух жизненно важных ферментов, ответственных за проводимость нервов, — ацетилхолинэстеразы и холин-ацетилтрансферазы. Ацетилхолинэстераза катализирует гидролиз ацетилхолина, а холин-ацетилтрансфераза — его синтез. Введение 10 мкг тестостерона на 100 г веса повышает содержание того и другого фермента у старых крыс обоих полов приблизительно до уровня репродуктивного периода. В отношении индукции холин-ацетилтрансферазы тестостерон более эффективен, чем эстрадиол (рис. 5.9) [50]. Такие же результаты были получены для пируваткиназы мозга и сердца (рис. 5.8) [22, 23]. Поскольку в клетке есть ферменты, переводящие тестостерон в эстрадиол, неясно, происходит ли индукция благодаря тестостерону или эстрадиолу. Однако полученные результаты указывают путь управления уровнем специфических ферментов с помощью введения соответствующих количеств их индукторов.