Биологические основы старения и долголетия - Виленчик Михаил Маркович. Страница 18

Можно сделать даже более широкое обобщение: один из важных физиологических (а может быть, и психологических) признаков старения организма — снижение его адаптационных возможностей, его способности приспосабливаться к изменяющимся условиям внешней среды — обусловлен снижением способности клеток к синтезу специализированных белков. Известно, что в животных клетках, так же как и в бактериальных, протекают процессы так называемой индукции синтеза белка.

Например, если корм животного содержит относительный избыток какой-либо аминокислоты или в его организм поступают чужеродные токсические вещества (называемые ксенобиотиками), то в печени активируется синтез ферментов, участвующих в метаболизме этой аминокислоты, или ксенобиотиков. Иначе говоря, в клетках увеличивается концентрация ферментов, для которых такие вещества, являются субстратами. Поэтому рассмотренный процесс и называется субстратной индукцией ферментов. А упомянутый выше процесс синтеза в коре надпочечника кортикостероидов под влиянием гормона гипофиза — пример гормональной индукции синтеза белка.

Близким к этому же классу процессов можно считать и синтез противобактериальных и других антител клетками системы иммунологической защиты организма. При старении по крайней мере некоторых животных способность клеток к синтезу белков во всех перечисленных случаях снижается. Изложенное приводит и к практически значимому предположению: молекулярной основой меньшей устойчивости старого организма к нарушению режима питания, к действию на него токсических веществ и других стрессовых факторов, уязвимости к инфекционным заболеваниям — основой всех этих "физиологических симптомов" старения может быть снижение способности клеток к усиленному синтезу специализированных белков, в частности снижение способности к субстратной и гормональной индукциям синтеза белка.

Однако реакция организма на критические ситуации и адаптация к более слабым изменениям окружающей среды отнюдь не сводятся к синтезу специализированных белков.

Реакция организма на изменения условий окружающей среды включает также определенное усиление деления клеток обновляющихся тканей. Например, клетки, участвующие в синтезе антител, начинают интенсивно делиться вследствие поступления в организм микроорганизмов или чужеродных веществ (антигенов).

Более наглядный пример роли делящихся клеток в реакции на патологический стресс — заживление раны после нанесения повреждения, например раны кожи или печени. Во всех этих случаях увеличение интенсивности деления клеток старого организма обычно меньше, чем клеток молодого организма. Это означает, что при старении ослабляется способность увеличивать интенсивность деления определенных клеток, когда это необходимо организму.

Но в последние годы установлено, что стимуляция деления, например, при заживлении ран, опосредована синтезом специальных белков — ростовых факторов и других белков, специфически взаимодействующих с первыми и поэтому называемых рецепторами факторов роста. Можно полагать, что снижение митотической активности — "глухота" к митогенам, приобретаемая клетками в процессе старения, частично обусловлено снижением способности к синтезу названных белков. Таким образом, снижение при старении "запаса прочности" функций таких органов, как головной мозг, сердце, поперечно-полосатые мышцы, кожа и т. д., а затем и снижение их функциональной активности обусловлено, по крайней мере частично, нарушением синтеза специализированных белков, их организацией в определенные структуры, а также уменьшением митотической активности обновляющихся тканей.

Но афоризм, сформулированный французскими геронтологами: "Человек имеет возраст своих сосудов", конечно, тоже нельзя забывать. В некоторых случаях так называемого патологического старения изменения сосудов действительно могут определять скорость старения организма, а эти изменения во всех случаях далеко зашедшей старости — существенная причина старения и гибели клеток некоторых органов. Однако старение животных клеток, очевидно, не обусловлено только тем, что их питание с возрастом становится все хуже. Нарушение функций клеток — это внутреннее свойство, проявляющееся даже при нормальных условиях их жизнедеятельности. В чем же природа этого свойства? Что определяет жизнеспособность клетки и какие структуры ее "поражаются" при старении?

Глава III

Механизмы старения и гибели клеток

 И так, теперь мы знаем, что возрастные изменения различных клеток определяются в основном внутренними причинами, хотя об изменении кровоснабжения органов, а также о действии на организм неблагоприятных внешних факторов тоже надо помнить. Что касается последнего обстоятельства, то мы его специально рассмотрим в главе VI. А сейчас для простоты анализа представим, что организм находится в идеальных условиях существования, что старение определяется в основном одним фактором — временем. Различные типы клеток "ощущают" на себе этот фактор по-разному. Одни — независимо от клеточных делений, хотя бы потому, что такие клетки потеряли способность к делению еще до формирования организма. Другие, наоборот, "помнят" о времени по числу совершенных ими клеточных делений в течение почти всей жизни организма.

Теперь мы рассмотрим молекулярные возрастные изменения клеток и постараемся выделить из них наиболее существенные. К числу таких относятся, вероятно, изменения не только ДНК, но и всего белоксинтезирующего аппарата в целом.

Клетки поджелудочной железы и мышц старых людей и животных продолжают синтезировать соответственно инсулин и миозин, но никогда наоборот. Твердого доказательства существенного изменения в процессе старения специфического для данной клетки "спектра" синтезируемых белков не было получено при исследовании и других органов.

Но такое нарушение, возможно, происходит у раковых клеток, частота возникновения которых возрастает при старении организма. Следовательно, как правило, клетка сохраняет свое дифференцированное состояние (остается "сама собой") до конца своей жизни; и если оно нарушается, то, очевидно, клетка перестает быть нормальной (она превращается в раковую клетку) или гибнет.

Действительно в последние годы обнаружено, что канцерогенез сопровождается и, вероятно, определяется активацией в трансформируемых клетках протоонкогенов. Показано, также, что, во-первых, некоторые из этих протоонкогенов активны только на ранних стадиях развития, и, во-вторых, что дерепрессия протоонкогенов в клетках взрослых организмов может быть связана с их мутацией.

То, что возможности белоксинтезирующего аппарата старых клеток снижены, следует из данных об уменьшении концентрации в них рибосом. Кроме того, синтез белка, проводимый "в пробирке" на рибосомах, выделенных из клеток старых животных, протекает гораздо менее интенсивно, чем на рибосомах, выделенных из клеток молодых животных.

Рассмотрим несколько фактов, поясняющих роль в механизмах старения изменений синтеза белка на уровне трансляции и изменения структуры белка после его синтеза (посттрансляционной модификации).

Так, снижение интенсивности синтеза белка, вероятно, является одним из механизмов старения дрозофилы. Это снижение, в свою очередь, определяется тем, что замедляется процесс роста (элонгации) пептидной цепи, вследствие снижения активности (точнее, синтеза) одного из факторов элонгации. Установлено (Г. С. Вебстер, С. Л. Вебстер, 1985, США), что снижение интенсивности синтеза этого белка связано также с ускорением распада кодирующей его мРНК.