Перевести на Переведено сервисом «Яндекс.Перевод»

База данных исследований по борьбе со старением

База данных
Теломерная теория старения

Автор:

А. М. Оловников

История

Теломерная теория была разработана российским ученым А. М. Оловниковым в 1971 г. на основании данных, полученных в 1961 г. американским исследователем Л. Хейфликом.

Пример

Поскольку эффективность функционирования организма для многих видов (в том числе, позвоночныъ) зависит от постоянного обновления клеток, то репликативное старение и нарастающие изменения, вызванные клеточным старением, приводят к нарастающему затуханию всех жизненных функций.

Описание теории

В 1961 г. Л. Хейфлик установил, что человеческие клетки кожи имеют предел деления «в пробирке» — не более 50 раз. Последняя фаза их жизни в культуре была уподоблена клеточному старению, а сам феномен получил по имени автора название «предела Хейфлика». Механизм данного феномена Хейфликом объяснен не был.

В 1971 г. А. М. Оловниковым была предложена гипотеза, объясняющая предел деления клетки. Согласно этой гипотезе, при каждом клеточном делении концевые участки хромосом — теломеры — недореплицируются. Следовательно, при каждом клеточном делении теломеры немного укорачиваются. В какой-то момент теломеры укорачиваются настолько, что клетка уже не может делиться. Тогда она постепенно теряет жизнеспособность — именно в этом, согласно теломерной теории, и состоит старение клеток.

Дополнения и критика

Открытие в 1985 г. фермента теломеразы, достраивающего укороченные теломеры в половых клетках и клетках опухолей, обеспечивая их бессмертие, стало блестящим подтверждением теории Оловникова. Поэтому предел в 50–60 делений справедлив далеко не для всех клеток: раковые и стволовые клетки теоретически могут делиться бесконечно долго. Тем не менее, связь старения клеток с укорочением теломер является общепризнанной.

Публикации:

  • Xi, Huanjiu, et al. «Telomere, aging and age-related diseases." Aging clinical and experimental research 25.2 (2013): 139–146.
  • Blasco, Maria A. «Telomere length, stem cells and aging." Nature chemical biology 3.10 (2007): 640–649.
  • Harley, Calvin B., et al. «The telomere hypothesis of cellular aging." Experimental gerontology 27.4 (1992): 375–382.
  • Levy, Michael Z., et al. «Telomere end-replication problem and cell aging." Journal of molecular biology 225.4 (1992): 951–960.


Теория апоптоза

Автор:

В. П. Скулачев

История:

Данная теория, разработанная в 1990-х гг. В. П. Скулачевым, развивает идеи А. Вейсмана.

Пример:

Увеличенная частота апоптоза отмечена в некоторых тканях в процессе старения, даже если при этом не наблюдаются явно связанные с возрастом болезни. Детальное изучение саркопении у грузунов показывает, что механизм заболевания очень похож на апоптоз. Изучение дрозофил также показывает, что в ходе старения этих насекомых похожие на апоптоз процессы наблюдаются в их мышечной и жировой тканях.

Описание теории:

Концепция феноптоза предполагает специальную программу суицида целого организма. В качестве основного механизма феноптоза постулируется апоптоз — генетически запрограммированная гибель клеток. В отличие от некроза- насильственной гибели клеток из-за травмы, ожога, отравления и т. д. — при апоптозе клетка аккуратно саморазбирается на части, и соседние клетки используют ее фрагменты в качестве строительного материала. Апоптоз, согласно В. П. Скулачеву, запускается митоптозом — самоликвидацией митохондрий.

Клетки «уходят в апоптоз» по многим причинам. Если вдруг какая-либо клетка случайно попадает в «чужой» орган или ткань, то она быстро «кончает жизнь самоубийством». Клетка, зараженная вирусом, тоже получает биохимический сигнал о самоуничтожении. Таким образом происходит «дезинфекция» организма. 

Согласно В. П. Скулачеву, старение — результат того, что в организме гибнет больше клеток, чем рождается, а отмирающие функциональные клетки заменяются соединительной тканью. По мнению ученого, старость — это болезнь, которую можно и нужно лечить, поскольку программу апоптоза в принципе можно отменить. С 2005 г. он возглавляет проект по созданию препарата-геропротектора на основе митохондриально-адресованных антиоксидантов (ионы Скулачева).

Дополнения и критика:

Следует, однако, отметить, что могут быть найдены эволюционные механизмы, поддерживающие программу самоликвидации организма. Это родственный отбор (когда организмы стареют и гибнут для пользы родственников) либо групповой отбор (гибель для пользы организмов, не связанных родственными узами). Теоретически старение может обусловливать стабилизацию популяции, усиление генетического разнообразия, укорочение эффективного цикла генерации и ускорение адаптации. Локальное вымирание в результате перенаселения может поддерживать популяционный отбор, достаточно сильный и быстрый для преодоления индивидуальной цены за программированное старение. Аргументами в пользу данной теории можно считать существование быстро стареющих видов и программ апоптоза у одноклеточных (дрожжей).

Публикации:

  • Higami, Yoshikazu, and Isao Shimokawa. «Apoptosis in the aging process." Cell and tissue research 301.1 (2000): 125–132.

  • Lu, Bin, Hong-Duo Chen, and Hong-Guang Hong-Guang. «The relationship between apoptosis and aging." Advances in Bioscience and Biotechnology 3.06 (2012): 705.

  • Monti, Daniela, et al. «Apoptosis-programmed cell death: a role in the aging process?» The American journal of clinical nutrition 55.6 (1992): 1208S-1214S.

  • Pollack, Michael, et al. «The role of apoptosis in the normal aging brain, skeletal muscle, and heart." Annals of the New York Academy of Sciences 959.1 (2002): 93–107.

  • Warner, Huber R. «Aging and regulation of apoptosis." Current topics in cellular regulation 35 (1997): 107–121.

Теория «поперечных сшивок»

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.

Свободно-радикальная теория старения

Авторы:

Д. Харман и Н. М. Эмануэль.

История

Теория была практически одновременно выдвинутая Д. Харманом в 1956 г. и Н. М. Эмануэлем в 1958 г. Она является одной из наиболее плодотворно развивающихся в последние годы фундаментальных теорий старения.

Пример

Для некоторых модельных организмов, таких как дрожжи и дрозофила, имеются доказательства, что уменьшение оксидативного стресса может увеличивать продолжительность жизни. Для мышей было показано, что воздействия, увеличивающие окислительные повреждения, сокращают продолжительность жизни.

Описание теории

Согласно этой теории, причиной нарушения функционирования клеток являются необходимые для многих биохимических процессов свободные радикалы — активные формы кислорода (АФК), которые в норме образуются в качестве побочных продуктов метаболизма в каждой клетке.

Если очень агрессивный, химически активный свободный радикал случайно покидает то место, где он нужен, он может повредить и ДНК, и РНК, и белки, и липиды. Особенно опасно перекисное окисление полиненасыщенных жирных кислот, которые входят в состав мембран клеток, поскольку продукты реакции (пероксиды и гидропероксиды) сами обладают высоким окисляющим потенциалом, и поэтому процесс разрушения клеток приобретает лавинообразный характер. Повреждение макромолекул (и клетки в целом) в результате действия АФК называется оксидативным стрессом. Он приводит к старению и широкому кругу связанных с ним патологических процессов (сердечно-сосудистые заболевания, возрастная иммунодепрессия и дисфункция мозга, катаракта, рак и некоторые другие).

Дополнения

Природа предусмотрела механизм защиты от избытка свободных радикалов, и большинство АФК нейтрализуются еще до того, как успеют нанести ущерб тем или иным компонентам клетки. К основным факторам антиоксидантной защиты организма относится фермент супероксиддисмутаза и некоторые других ферменты. Антиоксидантным действием обладают многие вещества, поступающие в организм с пищей — в том числе, витамины, А, С и Е. Современная фармакология также активно разрабатывает антиоксиданты — препараты, которые защищают организм от действия свободных радикалов. Однако то обстоятельство, что продукты взаимодействия АФК с макромолекулами постоянно обнаруживаются в органах и тканях организма, свидетельствует о том, что системы антиоксидантной защиты недостаточно эффективны и что клетки постоянно подвергаются окислительному стрессу.

Критика

В настоящее время вопрос о том, является ли сокращение оксидативного стресса ниже нормального уровня достаточным для увеличения продолжительности жизни, остается открытым и дискуссионным. Так, например, у круглых червей (Caenorhabditis elegans) блонирование образования естественного антиоксиданта суперосиддисмутазы увеличивает продолжительность жизни.

Публикации:

  • Harman, Denham. «Free radical theory of aging." Free Radicals: From Basic Science to Medicine. Birkhäuser Basel, 1993. 124–143.
  • Finkel, Toren, and Nikki J. Holbrook. «Oxidants, oxidative stress and the biology of ageing." Nature 408.6809 (2000): 239–247.
  • Dai, Dao-Fu, et al. «Mitochondrial oxidative stress in aging and healthspan." Longev Healthspan 3.6 (2014): 10–1186.
  • Stadtman, Earl R. «Protein oxidation and aging." Free radical research 40.12 (2006): 1250–1258.
  • Berlett, Barbara S., and Earl R. Stadtman. «Protein oxidation in aging, disease, and oxidative stress." Journal of Biological Chemistry 272.33 (1997): 20313–20316.

Интоксикационная теория старения

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.


Новая перспектива в лечении рака

Пресс-служба ФИЦ ИЦИГ СО РАН

Занимаясь изучением раковых стволовых клеток, которые способны внезапные рецидивы, казалось бы, излеченной болезни, группа ученых ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН во главе с заведующим лабораторией индуцированных клеточных процессов доктором биологических наук Сергеем Богачевым обнаружила у них уникальное свойство: они оказались способны захватывать экстраклеточные фрагменты ДНК.

Используя эту особенность, ученые смогли пометить раковые стволовые клетки: они ввели специфический флуорохромный краситель в ДНК-зонд, и принявшие его клетки стали светиться красным. О том, какую пользу можно извлечь из обнаруженного исследователями свойства клеток рассказала старший научный сотрудник лаборатории кандидат биологических наук Евгения Долгова:

— Во-первых, эта особенность является новым универсальным маркером стволовых раковых клеток и позволяет отслеживать эффективность проводимого лечения. Иначе говоря, мы получили возможность отследить, все ли такие клетки уничтожены. Если ответ отрицательный, говорить об излечении рано, поскольку сохраняется опасность повторного развития болезни. Но это не все. Вторым важным следствием является возможность, используя это свойство, проводить таргетное (нацеленное) воздействие именно на стволовые клетки как причину возникновения заболевания. И нами была разработана стратегия такого лечения.

Ученым удалось установить, что фрагменты ДНК, попавшие в стволовую раковую клетку через определенный временной промежуток после воздействия цитостатиками (применяются при химиотерапии), не дают клетке завершить процесс восстановления, и она погибает. На этом взаимодействии была построена стратегия лечения лабораторных мышей от асцитной опухоли Кребс-2. Обычно это заболевание ведет к неизбежной гибели животных в течении двух недель. Однако ученым удалось полностью вылечить 50% мышей, а некоторые после дали здоровое потомство.

Положительные результаты дали и эксперименты с колониями человеческих клеток, пораженными глиобластомой (именно эта разновидность рака стала причиной смерти Жанны Фриске). Новая стратегия лечения, основанная на обнаруженном природном механизме поглощения клетками фрагментов ДНК, может быть применима к большинству разновидностей раковых опухолей. Правда, в каждом случае необходимо разрабатывать свой регламент лечения (в одних случаях для групп пациентов, в других — индивидуальный). Однако полученные результаты уже позволяют исследователям ФИЦ ИЦиГ СО РАН говорить о том, что в терапии онкологических заболеваний появились новые горизонты.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru

Киназы (МАРК) сигнальные пути которых, регулируют хронические боли; роль матриц металлопротеаз (ММП) в развитии хронических болей.

Многочисленные исследования показывают, что C-Jun N-terminal киназы (JNK) причастны как к росту опухоли, так и к проявлению нейропатических болей. Группа профессора Петера Гернераизучала роль JNK в росте опухоли и проявлении боли в модели рака кожи. Было подтверждено, что рост опухоли был связан с активацией JNK в опухолевой массе, спинном мозге и периферических нервах. В ходе исследований животным была произведена инъекция пептида Д-JNKI-1 (селективного ингибитора JNK). В результатерост опухоли замедлился, а подопытные животные стали меньше реагировать на раздражение, что говорит об уменьшении болевых ощущений. В отличие от этого, инъекция морфина (5 мг/кг), обычно используемого как анальгетик на терминальной стадии рака, не ингибировала рост опухоли. Данные исследований показывают, что JNK ингибиторы, такие как Д-JNKI-1, могут быть использованы для лечения рака и болевых синдромов.

Место работы — Центр исследования боли, департамент анестезиологии Гарвардской медицинской школы (Pain Research Center, Department of Anesthesiology, Harvard Medical School), США
Контакты — Department of Anesthesiology, Perioperative, and Pain Medicine, Brigham and Women’s Hospital, Boston, MA 02115, USA. (617) 732-6889pgerner@partners.org
Публикации — Selective inhibition of JNK with a peptide inhibitor attenuates pain hypersensitivity and tumor growth in a mouse skin cancer pain model. Gao YJ, Cheng JK, Zeng Q, Xu ZZ, Decosterd I, Xu X, Ji RR; 2009 MAP kinase and pain. Ji RR, Gereau RW, Malcangio M, Strichartz GR; 2009 Activation of JNK pathway in persistent pain. Gao YJ, Ji RR; 2008

1 ... 5 6 7 ... 75