Jaka jest genetyczna teoria starzenia się?

Twoje DNA może przewidzieć więcej na Twój temat niż tylko to, jak wyglądasz. Zgodnie z genetyczną teorią starzenia się, Twoje geny (a także mutacje w tych genach) są odpowiedzialne za to, jak długo będziesz żyć. Oto, co powinieneś wiedzieć o genach i długowieczności oraz gdzie genetyka wpisuje się w różne teorie starzenia się.

Genetyczna teoria starzenia się

Genetyczna teoria starzenia się głosi, że długość życia jest w dużej mierze determinowana przez geny, które dziedziczymy. Zgodnie z tą teorią nasza długowieczność jest przede wszystkim determinowana w momencie poczęcia i w dużej mierze zależy od naszych rodziców i ich genów. 

Podstawą tej teorii jest to, że segmenty DNA występujące na końcach chromosomów, zwane telomerami , określają maksymalną długość życia komórki. Telomery to fragmenty „śmieciowego” DNA na końcach chromosomów, które stają się krótsze za każdym razem, gdy komórka się dzieli. Telomery stają się coraz krótsze i ostatecznie komórki nie mogą się dzielić bez utraty ważnych fragmentów DNA. 

Zanim zagłębimy się w zasady dotyczące wpływu genetyki na starzenie się oraz argumenty za i przeciw tej teorii, warto krótko omówić podstawowe kategorie teorii starzenia się i niektóre z konkretnych teorii w tych kategoriach. Obecnie nie ma jednej teorii ani nawet jednej kategorii teorii, które mogłyby wyjaśnić wszystko, co obserwujemy w procesie starzenia się.

Teorie starzenia się

Istnieją dwie główne kategorie teorii starzenia się , które różnią się zasadniczo pod względem tego, co można nazwać „celem” starzenia się. W pierwszej kategorii starzenie się jest zasadniczo wypadkiem; nagromadzeniem uszkodzeń i zużycia ciała, które ostatecznie prowadzi do śmierci. Natomiast teorie zaprogramowanego starzenia się postrzegają starzenie się jako proces celowy, kontrolowany w sposób, który można porównać do innych faz życia, takich jak dojrzewanie.

Teorie błędów obejmują kilka oddzielnych teorii, w tym:

• Teoria zużycia i starzenia się 
• Teoria tempa życia starzenia się
• Teoria sieciowania białek w procesie starzenia 
• Teoria starzenia się oparta na wolnych rodnikach
• Somatyczna teoria mutacji starzenia się 

Zaprogramowane teorie starzenia się dzielą się również na różne kategorie w oparciu o metodę, za pomocą której nasze ciała są zaprogramowane na starzenie się i śmierć.

• Zaprogramowana długowieczność – teoria zaprogramowanej długowieczności zakłada, że ​​życie jest determinowane przez sekwencyjne włączanie i wyłączanie genów. 
• Teoria endokrynologiczna starzenia się
• Immunologiczna teoria starzenia się 

Istnieje znaczne pokrycie między tymi teoriami i kategoriami teorii starzenia się.

Geny i funkcje organizmu

Zanim omówimy najważniejsze zagadnienia związane ze starzeniem się i genetyką, przypomnijmy sobie, czym jest nasze DNA i w jaki sposób geny wpływają na długość naszego życia.

Nasze geny są zawarte w naszym DNA , które znajduje się w jądrze (wewnętrzny obszar) każdej komórki w naszym ciele. (W organellach zwanych mitochondriami, które znajdują się w cytoplazmie komórki, znajduje się również mitochondrialne DNA.) Każdy z nas ma 46 chromosomów tworzących nasze DNA, z czego 23 pochodzą od naszych matek, a 23 od naszych ojców. Spośród nich 44 to autosomy, a dwa to chromosomy płci, które decydują o tym, czy mamy być mężczyznami czy kobietami. (DNA mitochondrialne natomiast niesie znacznie mniej informacji genetycznych i otrzymujemy je tylko od naszych matek.)

W tych chromosomach znajdują się nasze geny, nasz genetyczny plan odpowiedzialny za przenoszenie informacji dla każdego procesu, który będzie miał miejsce w naszych komórkach. Nasze geny można sobie wyobrazić jako serię liter, które tworzą słowa i zdania instrukcji. Te słowa i zdania kodują produkcję białek, które kontrolują każdy proces komórkowy.

Jeśli którykolwiek z tych genów zostanie uszkodzony, na przykład przez mutację, która zmienia serię „liter i słów” w instrukcjach, może zostać wytworzone nieprawidłowe białko, które z kolei wykonuje wadliwą funkcję. Jeśli mutacja wystąpi w białkach regulujących wzrost komórki, może to spowodować raka. Jeśli te geny są zmutowane od urodzenia, mogą wystąpić różne zespoły dziedziczne. Na przykład mukowiscydoza to stan, w którym dziecko dziedziczy dwa zmutowane geny kontrolujące białko, które reguluje kanały odpowiedzialne za przemieszczanie się chlorku przez komórki w gruczołach potowych, gruczołach trawiennych i innych. Rezultatem tej pojedynczej mutacji jest zagęszczenie śluzu wytwarzanego przez te gruczoły i wynikające z tego problemy, które są związane z tym stanem.

Jak geny wpływają na długość życia

Nie potrzeba szczegółowych badań, aby ustalić, że nasze geny odgrywają przynajmniej pewną rolę w długowieczności. Ludzie, których rodzice i przodkowie żyli dłużej, mają tendencję do dłuższego życia i odwrotnie. Jednocześnie wiemy, że sama genetyka nie jest jedyną przyczyną starzenia się. Badania dotyczące bliźniąt jednojajowych ujawniają, że dzieje się coś jeszcze; bliźnięta jednojajowe, które mają identyczne geny, nie zawsze żyją taką samą liczbę lat.

Niektóre geny są korzystne i zwiększają długowieczność. Na przykład gen, który pomaga osobie metabolizować cholesterol, zmniejsza ryzyko choroby serca u danej osoby.

Niektóre mutacje genów są dziedziczone i mogą skracać długość życia. Mutacje mogą jednak również wystąpić po urodzeniu, ponieważ narażenie na toksyny, wolne rodniki i promieniowanie może powodować zmiany genetyczne. (Mutacje genów nabyte po urodzeniu są określane jako nabyte lub somatyczne mutacje genów.) Większość mutacji nie jest dla ciebie zła, a niektóre mogą być nawet korzystne. Dzieje się tak, ponieważ mutacje genetyczne tworzą różnorodność genetyczną, która utrzymuje populacje w zdrowiu. Inne mutacje, zwane mutacjami cichymi, w ogóle nie mają wpływu na organizm.

Niektóre geny, gdy ulegają mutacji, są szkodliwe, takie jak te, które zwiększają ryzyko zachorowania na raka. Wiele osób zna mutacje BRCA1 i BRCA2, które predysponują do raka piersi. Geny te są określane jako geny supresorowe nowotworów , które kodują białka kontrolujące naprawę uszkodzonego DNA (lub eliminację komórki z uszkodzonym DNA, jeśli naprawa nie jest możliwa).

Różne choroby i schorzenia związane z dziedzicznymi mutacjami genów mogą bezpośrednio wpływać na długość życia. Należą do nich mukowiscydoza, niedokrwistość sierpowatokrwinkowa, choroba Taya-Sachsa i choroba Huntingtona, aby wymienić tylko kilka.

Kluczowe koncepcje w genetycznej teorii starzenia się

Kluczowe koncepcje genetyki i starzenia się obejmują szereg ważnych pojęć i idei, począwszy od skracania telomerów, aż po teorie dotyczące roli komórek macierzystych w procesie starzenia się.

Telomery

Na końcu każdego z naszych chromosomów znajduje się kawałek „śmieciowego” DNA zwanego telomerami. Telomery nie kodują żadnych białek, ale wydają się mieć funkcję ochronną, zapobiegającą przyłączaniu się końców DNA do innych fragmentów DNA lub tworzeniu okręgu. Za każdym razem, gdy komórka się dzieli, odcinany jest nieco większy fragment telomeru. Ostatecznie nie pozostaje już nic z tego śmieciowego DNA, a dalsze odcinanie może uszkodzić chromosomy i geny, co spowoduje śmierć komórki.

Ogólnie rzecz biorąc, przeciętna komórka jest w stanie podzielić się 50 razy, zanim telomer zostanie zużyty (limit Hayflicka). Komórki nowotworowe znalazły sposób, aby nie usuwać, a czasami nawet dodawać do części telomeru. Ponadto niektóre komórki, takie jak białe krwinki, nie przechodzą tego procesu skracania telomerów. Wydaje się, że podczas gdy geny we wszystkich naszych komórkach mają słowo kodowe dla enzymu telomerazy, który hamuje skracanie telomerów, a być może nawet powoduje ich wydłużanie, gen ten jest „włączany” lub „wyrażany”, jak mówią genetycy, tylko w komórkach, takich jak białe krwinki i komórki nowotworowe. Naukowcy wysunęli teorię, że gdyby tę telomerazę można było w jakiś sposób włączyć w innych komórkach (ale nie na tyle, aby ich wzrost poszedł nie tak, jak w komórkach nowotworowych), nasz limit wieku mógłby zostać rozszerzony.

Badania wykazały, że niektóre przewlekłe schorzenia, takie jak wysokie ciśnienie krwi, wiążą się z niższą aktywnością telomerazy, podczas gdy zdrowa dieta i ćwiczenia fizyczne wiążą się z dłuższymi telomerami. Nadwaga również wiąże się z krótszymi telomerami.

Geny długowieczności

Geny długowieczności to specyficzne geny, które są związane z dłuższym życiem. Dwa geny, które są bezpośrednio związane z długowiecznością to SIRT1 (sirtuina 1) i SIRT2.  Naukowcy badający grupę ponad 800 osób w wieku 100 lat i starszych, odkryli trzy istotne różnice w genach związanych ze starzeniem się.

Starzenie się komórek

Starzenie się komórek odnosi się do procesu, w którym komórki zanikają z czasem. Może to być związane ze skracaniem telomerów lub procesem apoptozy (lub samobójstwa komórki), w którym stare lub uszkodzone komórki są usuwane. 

Komórki macierzyste

Pluripotentne komórki macierzyste to niedojrzałe komórki, które mają potencjał, aby stać się dowolnym typem komórek w ciele. Istnieje teoria, że ​​starzenie się może być związane albo z wyczerpywaniem się komórek macierzystych, albo z utratą zdolności komórek macierzystych do różnicowania się lub dojrzewania w różne rodzaje komórek. Ważne jest, aby zauważyć, że teoria ta odnosi się do dorosłych komórek macierzystych, a nie embrionalnych komórek macierzystych. W przeciwieństwie do embrionalnych komórek macierzystych, dorosłe komórki macierzyste nie mogą dojrzewać w żaden typ komórek, ale raczej tylko w określoną liczbę typów komórek. Większość komórek w naszych ciałach jest zróżnicowana lub w pełni dojrzała, a komórki macierzyste stanowią tylko niewielką liczbę komórek obecnych w ciele.

Przykładem typu tkanki, w której regeneracja jest możliwa tą metodą, jest wątroba. Jest to w przeciwieństwie do tkanki mózgowej, która zwykle nie ma tego potencjału regeneracyjnego. Obecnie istnieją dowody na to, że same komórki macierzyste mogą być dotknięte procesem starzenia, ale te teorie są podobne do kwestii „jajka i kury”. Nie jest pewne, czy starzenie się następuje z powodu zmian w komórkach macierzystych, czy też zmiany w komórkach macierzystych są spowodowane procesem starzenia.

Epigenetyka

Epigenetyka odnosi się do ekspresji genów. Innymi słowy, gen może być obecny, ale może być albo włączony, albo wyłączony. Wiemy, że w organizmie są geny, które są włączone tylko przez pewien okres czasu. Dziedzina epigenetyki pomaga również naukowcom zrozumieć, w jaki sposób czynniki środowiskowe mogą działać w ramach ograniczeń genetyki, aby chronić lub predysponować do choroby. 

Trzy podstawowe teorie genetyczne starzenia się

Jak wspomniano powyżej, istnieje znaczna ilość dowodów, które dotyczą znaczenia genów w oczekiwanym przetrwaniu. Przyglądając się teoriom genetycznym, dzieli się je na trzy podstawowe szkoły myślenia.

• Pierwsza teoria głosi, że starzenie się jest związane z mutacjami, które mają wpływ na długoterminowe przeżycie, a starzenie się jest związane z akumulacją mutacji genetycznych, które nie ulegają naprawie.
• Inna teoria zakłada, że ​​starzenie się jest związane z późnymi efektami działania pewnych genów. Zjawisko to określa się mianem antagonizmu plejotropowego.
• Jeszcze inna teoria, oparta na badaniach nad przeżywalnością oposów, zakłada, że ​​środowisko, w którym nie ma zbyt wielu zagrożeń wpływających na długość życia, skutkowałoby wzrostem liczby osobników z mutacjami spowalniającymi proces starzenia.

Dowody potwierdzające teorię

Istnieje kilka źródeł dowodowych, które przynajmniej częściowo potwierdzają genetyczną teorię starzenia się.

Być może najsilniejszym dowodem popierającym teorię genetyczną są znaczne różnice w maksymalnym przeżywaniu międzygatunkowym, przy czym niektóre gatunki (np. motyle) mają bardzo krótką długość życia, a inne, takie jak słonie i wieloryby, są podobne do nas. W obrębie jednego gatunku przeżywalność jest podobna, ale przeżywalność między dwoma gatunkami o podobnej wielkości może się znacznie różnić.

Badania nad bliźniakami potwierdzają również istnienie czynnika genetycznego, gdyż bliźnięta jednojajowe (jednojajowe) są znacznie bardziej do siebie podobne pod względem oczekiwanej długości życia niż bliźnięta dwujajowe. Ocena bliźniąt jednojajowych wychowywanych razem i porównanie ich z bliźniętami jednojajowymi wychowywanymi osobno może pomóc wyodrębnić czynniki behawioralne, takie jak dieta i inne nawyki związane ze stylem życia, jako przyczynę rodzinnych tendencji w zakresie długowieczności.

Dalsze dowody na szeroką skalę uzyskano, badając wpływ mutacji genetycznych u innych zwierząt. U niektórych nicieni, a także myszy, pojedyncza mutacja genu może wydłużyć przeżycie o ponad 50 procent.

Ponadto znajdujemy dowody na niektóre ze specyficznych mechanizmów zaangażowanych w teorię genetyczną. Bezpośrednie pomiary długości telomerów wykazały, że telomery są podatne na czynniki genetyczne, które mogą przyspieszyć tempo starzenia.

Dowody przeciwko genetycznym teoriom starzenia się

Jeden z mocniejszych argumentów przeciwko genetycznej teorii starzenia się lub „zaprogramowanej długości życia” pochodzi z perspektywy ewolucyjnej. Dlaczego miałaby istnieć określona długość życia poza reprodukcją? Innymi słowy, jaki „cel” ma życie po tym, jak dana osoba się rozmnożyła i żyła wystarczająco długo, aby wychować swoje potomstwo do wieku dorosłego?

Z tego, co wiemy o stylu życia i chorobach, jasno wynika, że ​​istnieje wiele innych czynników starzenia się. Bliźnięta jednojajowe mogą mieć bardzo różną długość życia w zależności od narażenia, czynników związanych ze stylem życia (takich jak palenie) i wzorców aktywności fizycznej.

Podsumowanie

Szacuje się, że geny mogą wyjaśnić maksymalnie 35 procent długości życia, ale nadal jest więcej rzeczy, których nie rozumiemy na temat starzenia się, niż tych, które rozumiemy.  Ogólnie rzecz biorąc, prawdopodobnie starzenie się jest procesem wieloczynnikowym, co oznacza, że ​​prawdopodobnie jest kombinacją kilku teorii. Ważne jest również zauważenie, że teorie omawiane tutaj nie wykluczają się wzajemnie. Koncepcja epigenetyki lub tego, czy obecny gen jest „wyrażany”, może jeszcze bardziej zamącić nasze zrozumienie.

Oprócz genetyki istnieją inne czynniki determinujące starzenie się, takie jak nasze zachowania, ekspozycje i po prostu szczęście. Nie jesteś skazany na zagładę, jeśli członkowie Twojej rodziny mają tendencję do umierania młodo, i nie możesz ignorować swojego zdrowia, nawet jeśli członkowie Twojej rodziny mają tendencję do długiego życia.

Co możesz zrobić, aby spowolnić „genetyczne” starzenie się komórek?

Uczymy się, aby jeść zdrową dietę i być aktywnym, a te czynniki stylu życia są prawdopodobnie równie ważne, bez względu na to, jak bardzo nasza genetyka jest zaangażowana w starzenie się. Te same praktyki, które wydają się utrzymywać organy i tkanki naszego ciała w zdrowiu, mogą również utrzymywać nasze geny i chromosomy w zdrowiu.

Bez względu na konkretną przyczynę starzenia się, może to mieć znaczenie w przypadku:

• Ćwiczenia – Badania wykazały, że aktywność fizyczna nie tylko wspomaga pracę serca i płuc, ale także wydłuża telomery. 
• Jedz zdrową dietę – Dieta bogata w owoce i warzywa wiąże się z większą aktywnością telomerazy (w efekcie mniejsze skracanie telomerów w komórkach). Dieta bogata w kwasy tłuszczowe omega-3 wiąże się z dłuższymi telomerami, ale dieta bogata w kwasy tłuszczowe omega-6 jest odwrotna i wiąże się z krótszymi telomerami. Ponadto spożycie napojów gazowanych wiąże się z krótszymi telomerami. Reservatrol, składnik odpowiedzialny za ekscytację związaną z piciem czerwonego wina (ale występujący również w bezalkoholowym soku z czerwonych winogron) wydaje się aktywować białko długowieczności SIRT
• Zredukuj stres 
• Unikaj substancji rakotwórczych
• Utrzymuj zdrową wagę – Otyłość nie tylko wiąże się z niektórymi mechanizmami genetycznymi powiązanymi ze starzeniem się, o których wspomniano powyżej (takimi jak szybsze skracanie się telomerów), ale powtarzane badania wykazały korzyści w zakresie długowieczności związane z ograniczeniem kalorii.  Pierwsza zasada stylu życia zapobiegającego nowotworom, zaproponowana przez Amerykański Instytut Badań nad Rakiem — bądź tak szczupły, jak to możliwe, ale nie miej niedowagi — może mieć wpływ na długowieczność, a także na profilaktykę nowotworów i zapobieganie ich nawrotom.