Теории старения

Автор: 

Й. Бьёркстен

История

Эта теория была предложена в 1942 г.

Пример

Диабет часто рассматривают как одну из форм ускоренного старения. Показано, что у людей, больных диабетом, количество поперечных сшивок между молекулами белков в 2–3 раза выше по сравнению со здоровыми людьми.

Описание теории

Согласно этой теории, старение живых организмов обусловлено случайным образованием химических мостиков, или «поперечных сшивок», между молекулами белков. Репарирующие ферменты клетки не в состоянии разорвать эти мостики. Наиболее часто молекулы белков сшиваются между собой через молекулу глюкозы. Процесс присоединения глюкозы к белковой молекуле называется гликированием. К сожалению, пока неизвестны ферменты, позволяющие расщеплять продукты гликирования. Но группа ученых под руководством Ж. Форбс уже работает над созданием фармакологических препаратов, использование которых даст возможность отделять молекулы белков от молекул сахаров. Возможно, в перспективе, после применения таких лекарств, белок сможет восстанавливаться и возвращаться к своему нормальному состоянию, что отменит негативные эффекты гликации.

Образование «поперечных сшивок» между молекулами белков в организме человека очень напоминает процесс, происходящий при дублении кож. 

Прогрессирующее с возрастом накопление «поперечных сшивок» происходит во многих тканях человеческого организма — в артериях, хрящах, мышцах. Главным следствием этого процесса является снижение эластичности тканей. Так, у пожилых людей скованность в мышцах и суставах как раз объясняется образованием сшивок между молекулами белков.

Продолжая работать над теорией сшивок, Й. Бьёркстен обнаружил, что имеется еще один тип сшивок — в молекулах ДНК. По мысли Й. Бьёркстена, «поперечные сшивки» между двумя цепочками ДНК не могут быть разрушены репарационной системой клетки. 

«Поперечные сшивки» мешают синтезу РНК на ДНК, что в свою очередь нарушает процесс образования белков в клетке. Кроме того, сшивки препятствуют участию ДНК о процессе деления клетки и таким образом препятствуют возобновлению клеток. 

Дополнения и критика 

Образование сшивок в белках и ДНК может быть спровоцировано очень многими химическими веществами. Это различные продукты клеточного обмена, а также загрязнители вроде свинца или компонентов табачного дыма. Разнообразие и количество веществ, вызывающих образование «поперечных сшивок» в тканях организма, так велико, утверждает Бьёркстен, что тут уже не спрашиваешь, достаточно ли этого, чтобы вызвать старение, а только удивляешься, почему старение протекает так медленно.

Публикации:

• Susic, Dinko, et al. «Collagen cross-link breakers: a beginning of a new era in the treatment of cardiovascular changes associated with aging, diabetes, and hypertension." Current Drug Targets-Cardiovascular & Hematological Disorders 4.1 (2004): 97–101.
• Aronson, Doron. «Cross-linking of glycated collagen in the pathogenesis of arterial and myocardial stiffening of aging and diabetes." Journal of hypertension 21.1 (2003): 3–12.
• Nagy, Imre Zs, and Katalin Nagy. «On the role of cross-linking of cellular proteins in aging." Mechanisms of ageing and development 14.1 (1980): 245–251.
• Fujimoto, Daisaburo. «Aging and cross-linking in human aorta." Biochemical and biophysical research communications 109.4 (1982): 1264–1269.
• Cannon, D. J., and P. F. Davison. «Cross-linking and aging in rat tendon collagen." Experimental gerontology 8.1 (1973): 51–62.
• Yamauchi, Mitsuo, David T. Woodley, and Gerald L. Mechanic. «Aging and cross-linking of skin collagen." Biochemical and biophysical research communications 152.2 (1988): 898–903.

Автор:

И. И. Мечников, В. Н. Гладышев

История

Первые постулаты интоксикационной теории старения были предложены И. И. Мечниковым в 1903 г. В современном виде теория хорошо сформулирована в работах В. Н. Гладышева в 2012—2013 гг.

Пример

В зрелом организме есть множество клеток, которые не делятся или делятся очень медленно, но при этом продолжают участвовать в метаболизме. В число таких клеток входят клетки сердца и головного мозга. В этих клетках день за днем накапливаются побочные продукты метаболизма, постепенно начинающие мешать их нормальному функционированию.

Описание теории

Теория объясняет старение накоплением в клетках различного рода химических веществ, которые не могут быть переработаны организмом.
Предполагается, что из-за фундаментальной неидеальности химических и, в частности, ферментативных превращений, в процессе метаболизма в клетках протекают побочные реакции. Чем более сложен и интенсивен метаболизм, тем больше типов побочных продуктов этих реакций образуется. Некоторые из этих продуктов легко покидают клетки, а некоторые утилизируются специальными ферментами. Для утилизации каждого побочного продукта должен существовать свой фермент, а возможно, и несколько. Различные организмы имеют разные наборы ферментов, разлагающих побочные продукты метаболизма. Как правило, таких ферментов не слишком много, и они работают только с самыми часто возникающими и самыми токсичными побочными продуктами. 

Остальные побочные продукты просто накапливаются в клетках. Единственный и универсальный способ борьбы с такими веществами — их разбавление в процессе клеточного деления. Этот метод успешно работает, но только для клеток, которые делятся. 

Проблема многоклеточных организмов, таких, как человек, состоит в том, что многие клетки прекращают делиться или делятся очень медленно, но не перестают участвовать в метаболизме. В таких клетках, в число которых входят жизненно важные клетки сердца и головного мозга, накапливаются побочные продукты метаболизма, постепенно начинающие мешать их нормальному функционированию. 

Основным внутриклеточным побочным продуктом такого рода является липофусцин. Липофусцин, известный также как пигмент старения, представляет собой сложную смесь веществ, которые являются конечными продуктами окисления внутриклеточных липидов и белков.  

С возрастом липофусцин накапливается в лизосомах неделящихся клеток. Лизосомы — это внутриклеточные органеллы, в которых происходит расщепление питательных веществ, поступающих извне, и внутриклеточных структур, которые необходимо переработать. В лизосомах содержатся пищеварительные ферменты, принадлежащие к классу гидролаз. Лизосомальные ферменты активируются и работают только при закислении среды внутри лизосомы. Накопление липофусцина в лизосомах приводит к разбавлению ферментов и препятствует закислению лизосом, что постепенно снижает эффективность работы кислых гидролаз. 

В настоящее время такими исследователями, как Б. Дэвидсон и С. Л. Хофманн, разрабатываются методы расщепления липофусцина, а также изучаются способы уменьшения его накопления в клетках.
Второй тип токсичных продуктов, накапливающихся преимущественно в нервной ткани, это амилоидные белки. Наиболее известен так называемый β-амилоид, вызывающий болезнь Альцгеймера. 

Наконец, к побочным продуктам метаболизма в некоторой степени можно отнести белки, подвергшиеся гликированию — сшиванию с молекулами сахаров, в основном глюкозы. Таким образом, интоксикационная теория старения в определенной мере включает в себя теорию «поперечных сшивок».

Дополнения и критика

В настоящее время эта теория активно развивается. Выдвигаемые ей постулаты находят широкое применение в разработке практических методов борьбы со старением.

Публикации:

• Сергиев, П. В., О. А. Донцова, and Г. В. Березкин. «Теории старения. Неустаревающая тема." Acta Naturae (русскоязычная версия) 7.1 (24) (2015).
• Gladyshev, Vadim N. «On the cause of aging and control of lifespan." Bioessays 34.11 (2012): 925–929.
• Gladyshev, Vadim N. «The origin of aging: imperfectness-driven non-random damage defines the aging process and control of lifespan." Trends in Genetics 29.9 (2013): 506–512.