Теория апоптоза старения кратко

Обновлено: 03.07.2024

Механизмы старения достаточно сложны и многообразны. Сегодня существует несколько альтернативных теорий, которые отчасти противоречат друг другу, а отчасти – дополняют. Современная биология уделяет проблеме старения очень большое внимание, и с каждым годом появляются новые факты, позволяющие глубже понять механизмы этого процесса.

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ

Гипотеза, согласно которой причиной старения являются изменения генетического аппарата клетки, является одной из наиболее признанных в современной геронтологии.

Молекулярно-генетические теории подразделяются на две большие группы. Одни ученые рассматривают возрастные изменения генома как наследственно запрограммированные. Другие считают, что старение – результат накопления случайных мутаций. Отсюда следует, что процесс старения может являться или закономерным результатом роста и развития организма, или следствием накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации.

Теломерная теория

Элевационная (онтогенетическая) теория старения

Адаптационно-регуляторная теория

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.

СТОХАСТИЧЕСКИЕ (ВЕРОЯТНОСТНЫЕ) ТЕОРИИ

Согласно этой группе теорий, старение – результат случайных процессов на молекулярном уровне. Об этом мы говорили выше: многие исследователи считают, что старение – это следствие накопления случайных мутаций в хромосомах в результате изнашивания механизмов репарации ДНК – исправления ошибок при ее копировании во время деления клеток.

Теория свободных радикалов

Практически одновременно выдвинутая Д.Харманом (1956) и Н.М.Эмануэлем (1958), свободнорадикальная теория объясняет не только механизм старения, но и широкий круг связанных с ним патологических процессов (сердечно-сосудистых заболеваний, ослабления иммунитета, нарушений функции мозга, катаракты, рака и некоторых других). Согласно этой теории, причиной нарушения функционирования клеток являются необходимые для многих биохимических процессов свободные радикалы – активные формы кислорода, синтезируемые главным образом в митохондриях – энергетических фабриках клеток.

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. Природа предусмотрела механизм защиты от избытка свободных радикалов: кроме супероксиддисмутазы и некоторых других синтезируемых в митохондриях и клетках ферментов, антиоксидантным действием обладают многие вещества, поступающие в организм с пищей – в т.ч. витамины А, С и Е. Регулярное потребление овощей и фруктов и даже несколько чашек чая или кофе в день обеспечат вам достаточную дозу полифенолов, также являющихся хорошими антиоксидантами. К сожалению, избыток антиоксидантов – например, при передозировке биологически активных добавок – не только не полезен, но может даже усилить окислительные процессы в клетках.

Старение – это ошибка

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)

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.

2. Лобачев А.Н. Биогенез митохондрий при дифференциации и старении клеток. ВИНИТИ 19.09.85, №6756-В85 Деп., 1985, с. 28.

4. Руководство по геронтологии и гериатрии: Клиническая гериатрия / Под редакцией В.Н. Ярыгина, А.С. Мелентьева. М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003. 523 с.

Сегодня существует несколько альтернативных теорий, которые отчасти противоречат друг другу, а отчасти – дополняют. Современная биология уделяет проблеме старения очень большое внимание, и с каждым годом появляются новые факты, позволяющие глубже понять механизмы этого процесса.

Молекулярно-генетические теории. Гипотеза, согласно которой причиной старения являются изменения генетического аппарата клетки, является одной из наиболее признанных в современной геронтологии. Молекулярно-генетические теории подразделяются на две большие группы. Одни ученые рассматривают возрастные изменения генома как наследственно запрограммированные. Другие считают, что старение – результат накопления случайных мутаций. Отсюда следует, что процесс старения может являться или закономерным результатом роста и развития организма, или следствием накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации.

Теория свободных радикалов. Практически одновременно выдвинутая Д. Харманом (1956) и Н.М. Эмануэлем (1958), свободнорадикальная теория объясняет не только механизм старения, но и широкий круг связанных с ним патологических процессов (сердечно-сосудистых заболеваний, ослабления иммунитета, нарушений функции мозга, катаракты, рака и некоторых других). Согласно этой теории, причиной нарушения функционирования клеток являются необходимые для многих биохимических процессов свободные радикалы – активные формы кислорода, синтезируемые главным образом в митохондриях – энергетических фабриках клеток. 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. Природа предусмотрела механизм защиты от избытка свободных радикалов: кроме супероксиддисмутазы и некоторых других синтезируемых в митохондриях и клетках ферментов, антиоксидантным действием обладают многие вещества, поступающие в организм с пищей – в том числе витамины А, С и Е. Регулярное потребление овощей и фруктов и даже несколько чашек чая или кофе в день обеспечат вам достаточную дозу полифенолов, также являющихся хорошими антиоксидантами. К сожалению, избыток антиоксидантов – например, при передозировке биологически активных добавок – не только не полезен, но может даже усилить окислительные процессы в клетках.

Теория апоптоза. Академик В.П. Скулачев называет свою теорию теорией клеточного апоптоза. Апоптоз – 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.

Теория соматических мутаций. Многие работы показали увеличение с возрастом числа соматических мутаций и других форм повреждения ДНК, предлагая репарацию (ремонт) ДНК в качестве важного фактора поддержки долголетия клеток. Повреждения ДНК типичны для клеток, и вызываются такими факторами как жёсткая радиация и активные формы кислорода, и потому целостность ДНК может поддерживаться только за счёт механизмов репарации. Действительно, существует зависимость между долголетием и репарацией ДНК, как это было продемонстрировано на примере фермента поли-АДФ-рибоза-полимеразы-1 (PARP-1), важного игрока в клеточном ответе на вызванное стрессом повреждение ДНК. Более высокие уровни PARP-1 ассоциируются с большей продолжительностью жизни.

Теория бактериальной интоксикации организма. Оригинальную гипотезу выдвинул выдающийся русский биолог И.И. Мечников (1845-1916), который считал старение результатом интоксикации организма продуктами обмена бактерий, обитающих в кишечном тракте, и продуктами азотистого обмена веществ самого организма (мочевая кислота). Образуются ядовитые вещества, в том числе - скатол, индол, фенол (карболовая кислота), крезол, кадаверин (трупный яд), тирамин и другие токсины.

Теломерная теория Оловникова. Во многих клетках человека утрата способности их к делению связана с утратой теломер на концах хромосом, после определённого количества делений. Это происходит из-за отсутствия фермента теломеразы, который обычно экспрессуется только у зародышевых и стволовых клеток. Недавно было обнаружено, что окислительный стресс также может иметь влияние на утрату теломер, значительно ускоряя этот процесс в определённых тканях.

В настоящее время нет основной теории старения, они все занимают важное место в науке.

В современном мире существуют несколько наиболее поддерживаемых концепций старения биологических организмов. Ученые в течение продолжительного периода времени пытались выяснить, по какой причине многие функции организма начинают деградировать, а вскоре – и вовсе отказывать работать, однако очень долго это не представлялось возможным, так как уровень НТП не предоставлял возможности для грамотного исследования этого таинственного процесса. Нынешняя биология уделяет механизму старения пристальное внимание, поэтому с каждым годом на свет появляются все новые факты, которые позволяют более глубоко понять особенности этого явления.

Перейдем к рассмотрению теорий.

Молекулярно-генетические теории

Гипотеза, согласно которой причиной старения являются изменения генетического аппарата клетки, является одной из наиболее авторитетных концепций в современной геронтологии. Молекулярно-генетические теории подразделяются на две обширные группы. Одни ученые придерживаются того, что возрастные изменения генома наследственно запрограммированы. Другие, в свою очередь, считают, что старение – результат накопления случайных мутаций. Таким образом, процесс старения, по мнению ученых, может являться как закономерным результатом развития организма, так и следствием накопления клетками случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации.

Теория свободных радикалов

Данная концепция, выдвинутая учёными Д. Харманом(1956) и Н. Эмануэлем (1958), объясняет не только механизм старения, но и широкий спектр связанных с ним патологических явлений (ослабления иммунитета, нарушений функции мозга, сердечно-сосудистых заболеваний, рака, катаракты, и других). Согласно этой концепции, причиной нарушения функционирования клеток являются необходимые для многих биохимических процессов свободные радикалы – активные формы кислорода, синтезируемые в митохондриях – так называемых энергетических фабриках клеток. Если крайне агрессивный, химически активный свободный радикал случайно покидает то место, где его участие необходимо, он может повредить и РНК, и ДНК, и липиды, и протеины. Однако природа создала механизм защиты от избытка свободных радикалов: супероксиддисмутаза (фермент антиоксидантной защиты) и некоторые другие синтезируемые в митохондриях и клетках ферменты, многие вещества, которые попадают нам в организм с продуктами питания – в том числе витамины Е, А и С, обладают колоссальным антиоксидантным действием. Регулярное поглощение свежих фруктов и овощей, небольшое количество качественного зеленого чая или цикория в день обеспечат вам необходимую дозу полифенолов, которые являются хорошими антиоксидантами.

Однако, к сожалению, у данной медали существует обратная сторона: избыток антиоксидантов – например, при передозировке БАД – может нанести вред организму, усилив окислительные процессы в клетках живого организма.

Старение – систематическая ошибка. Данная гипотеза была выдвинута в 1954 г. американским физиком М. Сциллардом. Во время исследования эффектов воздействия радиации на живые системы он выяснил, что действие ионизирующего излучения сокращает срок жизни животных и человека. Под воздействием радиации происходят многочисленные мутации в молекуле ДНК и проявляются некоторые симптомы старения – седина или раковые опухоли. Из собственных наблюдений ученый сделал вывод, что мутации являются непосредственной причиной старения живых организмов. Однако он не объяснил факта старения людей и животных, которые не подвергались облучению. Его последователь Л. Оргель считал, что мутации в генетическом аппарате клетки могут быть либо спонтанными, либо могут возникать в ответ на воздействие опасных факторов: ультрафиолета, воздействия вирусов и токсических веществ, ионизирующей радиации. В процессе жизнедеятельности организма система репарации (особая функция клетки, которая заключается в способности исправлять химические повреждения) ДНК изнашивается, что приводит к старению организма.

Теория соматических мутаций

Многие труды ученых показали, что с возрастом число соматических мутаций и других форм повреждения ДНК возрастает. Однако они выяснили, что в клетке присутствует защитный механизм – репарация (ремонт) ДНК. Именно он играет колоссальную роль в поддержке долголетия клеток. Повреждения ДНК типичны для клеток, они вызываются жесткой радиацией и активными формами кислорода, потому целостность ДНК может поддерживаться только за счёт механизмов репарации. Действительно, существует зависимость между долголетием и репарацией ДНК, как это было продемонстрировано на примере фермента поли-АДФ-рибоза-полимеразы-1 (PARP-1), играющего немаловажную роль в клеточном ответе на вызванное стрессом повреждение ДНК. Более высокие уровни PARP-1 ассоциируются с большей продолжительностью жизни.

Теория апоптоза

Теория бактериальной интоксикации организма

Немаловажную гипотезу выдвинул авторитетный русский биолог И.И. Мечников (1845–1916). Он считал, что старение – это результат интоксикации организма продуктами обмена бактерий, которые обитают в кишечном тракте, и продуктами азотистого обмена веществ самого организма. Образуются ядовитые вещества, в числе которых индол, фенол (карболовая кислота), крезол, кадаверин (трупный яд), тирамин и другие токсины.

Теломерная теория Оловникова

В большом числе клеток живого организма потеря способности их к делению вследствие определённого количества делений связана с утратой теломер на концах хромосом. Это происходит из-за отсутствия фермента теломеразы, который обычно экспрессируется только у зародышевых и стволовых клеток. Недавно было обнаружено, что окислительный стресс также может иметь влияние на утрату теломер, значительно ускоряя этот процесс в определённых тканях.

Во многих точках мира проводятся различные эксперименты и исследования, в числе которых:

1. Манипулирование с генами

Роберт Шмуклер Рис, профессор университета Арканзаса, выключил в геноме нематоды C.elegans один ген – Age-1. Таким образом, ему удалось увеличить жизнь червя в 10 раз! Нематода довольно простой организм, поэтому ожидать такого впечатляющего результата на иных объектах не приходится. Российский исследователь Алексей Москалев таким способом продлил жизнь мухе дрозофиле всего на 10 %.

2. Надстройка теломер

Преодолеть старение органов и тканей у мышей путем надстройки теломер в стволовых клетках удалось ученым из медицинского факультета Гарварда. Заметим, они работали не с обычными мышами, а с мутантами, которые ускоренно старели. Фермент теломераза, который надстраивает теломеры до нормальной длины, у этих мышей не работал даже в стволовых клетках, там, где он должен обеспечивать длительное деление. А у самих мышей в молодом возрасте появлялись признаки старения: деградировали семенники, селезенка, мозг, нарушалось обоняние. Дегенерацию удалось повернуть вспять, когда ученые биохимически восстановили в клетках активность теломеразы. Это привело к удлинению теломер и возобновлению клеточных делений. У мышей при этом стали восстанавливаться ткани семенников, селезенки и мозга, и они снова стали ощущать запахи.

Таким образом, в настоящее время выделить основную теорию старения живых организмов довольно трудно, поскольку все они существуют в комплексе, дополняя друг друга. Современный век дает возможность миру каждый день делать удивительные открытия, так как уровень научно-технического прогресса все быстрее и быстрее постигает новые высоты, а ученые получают все более углубленные знания. Решение проблем с механизмом старения – одна из основных целей современной науки, однако, несмотря на передовые технологии, ученому миру необходимо проделать немалый путь и приложить огромное количество усилий, чтобы найти безусловно эффективные методы прекращения старения организма.

Но все же существуют некоторые принципы, с помощью которых каждый человек улучшит свое здоровье, что приведет к увеличению цикла жизни организма. Перейдем к рассмотрению данных методов.

Метод № 1

Все долгожители мира, как правило, употребляют малое количество пищи. Ученые подсчитали, что уменьшение калорийности пищи на 20–30 процентов снижает вероятность заболеть диабетом на 50 процентов, а раком – на 70 процентов. Дело в том, что сейчас мы, как правило, едим гораздо больше, чем требуется нашему организму, эволюционно формировавшемуся в условиях обилия физических нагрузок и хронической нехватки пищи.

Метод № 2

Если вы не в силах сократить калорийность ежедневного рациона, необходимо употреблять меньше соли и сахара. Исследования показали, что избыток соли вызывает гипертонию, а впоследствии – ранний инсульт. Сахар же, в свою очередь, тоже вызывает проблемы – от его чрезмерного потребления ухудшается работа головного мозга, сердца, а самое главное – чрезмерное потребление негативно сказывается на поджелудочной железе, провоцируя диабет, ожирение и раннюю смерть.

Метод № 3

Анализируя истории болезней и дневников сотен тысяч людей, учёные выяснили, что живут существенно дольше те, у кого в рационе содержатся фрукты и овощи. В них содержится несметное количество безусловно полезных витаминов и минералов, а также антиоксидантов, которые борются в организме с активными, повреждающими клетки формами кислорода. По словам ученых, лучше есть разные овощи, фрукты и ягоды, необходимо вносить разнообразие в рацион.

Метод № 4

Немаловажный пункт – это сон в полной темноте. Как выяснилось, искусственный свет, который испускается различными лампами, в вечерний период нарушает выработку в мозгу гормона мелатонина. Он крайне необходим для поддержания иммунитета. Именно благодаря ему организм обновляется и очищается ночью. Сбои в данном процессе приводят к негативным последствиям, которые неблагоприятно сказываются на организме в целом.

Метод № 5

Метод № 6

Увеличение физической активности. Подопытные мыши, которых заставляли бегать на беговой̆ дорожке и в колесе, дольше сохраняли молодость и здоровье, чем малоподвижные особи. Ученые считают, что физическая активность увеличивает количество и качество митохондрий. Исследователи из университета Макмастера (Канада), к примеру, работали с мышами, которые склонны к преждевременному старению из-за высокого уровня мутаций в ДНК митохондрий. Одна группа мышей жила в обычных условиях, другая три раза в неделю занималась интенсивным физическим трудом. Через три месяца наблюдений выяснилось, что мыши-спортсмены сохранили молодость и здоровье, сравнимое с показателями диких животных. Их митохондрии оставались функционально полноценными. Чего не скажешь об особях, которые не занимались физической активностью.

Список использованных источников

Апоптоз - функции, механизмы

Апоптозом называется запрограммированная клеточная гибель. Этот процесс играет важную роль в росте и развитии организма, т. к. по мере созревания тканей некоторые клетки должны погибнуть, чтобы уступить место более дифференцированным и специализированным.

Если клетка не умирает и становится бессмертной, может развиться злокачественная опухоль. Впервые апоптоз был описан в 1970-е годы, но только в последнее время исследователи осознали его важную роль для развития организма, дифференцировки тканей и малигнизации.

Интерес к апоптозу возрос, когда выяснилось, что этот процесс находится под контролем генов, вовлеченных в злокачественную трансформацию, т. е. онкогенов, протоонкогенов и генов-супрессоров. Очевидно, что многие из этих генов активны во время развития организма.
Полагают, что изучение апоптоза и путей его регуляции позволит понять механизмы развития организма и старения. Утрата клеточного контроля над программированной клеточной гибелью ведет к развитию опухолей.

Стадия инициации апоптоза

Апоптоз — особый вид клеточной гибели, ответственный за устранение клеток в нормальных тканях. Тем не менее этот процесс наблюдается и при патологических процессах. Гистологически проявляется уменьшением клетки, буллезным разрушением клеточной мембраны и конденсацией клеточного ядра.

В итоге образуются апоптотические тельца, содержащие неповрежденные органеллы; окружающие клетки фагоцитируют эти тельца. Апоптоз не сопровождается воспалением, что отличает его от некроза. Последний сопровождается набуханием клетки, разрушением всех ее структур и развитием воспалительного ответа.

Стадия программирования апоптоза

Апоптоз играет важную роль в нормальном росте организма, а также в развитии и прогрессировании злокачественных опухолей. Спонтанный апоптоз встречается в злокачественных клетках и даже замедляет их рост.

Интенсивность этого процесса возрастает при облучении опухоли, проведении гормоно- и химиотерапии, при нагревании опухоли. В злокачественных опухолях апоптоз представляет механизм уничтожения клеток, в которых произошли канцерогенные изменения ДНК.

Однако если он заблокирован или подавлен мутациями контролирующих его генов, например BCL2 или ТР53, то эти клетки получают возможность свободно делиться и неограниченно накапливать мутации. Такая генетическая нестабильность — ранний этап развития злокачественных опухолей.

Стадия реализации апоптоза

Многие из современных методов лечения, например лучевая и химиотерапия, направлены на уничтожение клеток за счет повреждения их ДНК. Мутации гена BCL2 или ТР53 ухудшают эффективность лечения, т. к. подавляют клеточную гибель.

Более глубокое понимание процессов запрограммированной клеточной гибели может привести к разработке новых, более эффективных методов лечения. Ингибиторы апоптоза (например, протоонкоген BCL2) могут быть ответственны за развитие резистентности к противоопухолевым препаратам, позволяя выживать клеткам с патологической ДНК.

Вероятно, в дальнейшем будут выявлены и другие механизмы подавления апоптоза. Не следует думать, что этот процесс отражает нечто иллюзорное в биологической литературе, а термин принят только для описания отличной от некроза клеточной гибели. Апоптоз — фундаментальный процесс, контролируемый на молекулярном уровне, и можно надеяться, что его удастся расшифровать и использовать для медицинских нужд. Возможные механизмы апоптоза представлены на рисунке.

Возможные механизмы апоптоза и факторы, его контролирующие.
Внеклеточный сигнал запускает каскад событий, вовлекающий молекулы BCL2, BCL-xL и ВАХ.
Это ведет к наступлению программированной гибели клетки.
Этот механизм может быть заблокирован на любом из множества этапов, в результате чего клетка становится бессмертной.
ICE - интерлейкин-1b-превращающий фермент.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Читайте также: