Ваша ДНК может предсказать о вас больше, чем то, как вы выглядите. Согласно генетической теории старения, ваши гены (а также мутации в этих генах) отвечают за то, как долго вы проживете. Вот что вам следует знать о генах и долголетии, и какое место генетика занимает среди различных теорий старения.
Содержание
Генетическая теория старения
Генетическая теория старения утверждает, что продолжительность жизни во многом определяется генами, которые мы наследуем. Согласно этой теории, наша продолжительность жизни в первую очередь определяется в момент зачатия и во многом зависит от наших родителей и их генов.
Основой этой теории является то, что сегменты ДНК, которые находятся на конце хромосом, называемые теломерами , определяют максимальную продолжительность жизни клетки. Теломеры — это фрагменты «мусорной» ДНК на конце хромосом, которые становятся короче каждый раз, когда клетка делится. Эти теломеры становятся все короче и короче, и в конечном итоге клетки не могут делиться, не теряя важные фрагменты ДНК.
Прежде чем углубляться в принципы того, как генетика влияет на старение, и аргументы за и против этой теории, полезно кратко обсудить основные категории теорий старения и некоторые конкретные теории в этих категориях. В настоящее время не существует ни одной теории или даже одной категории теорий, которые могли бы объяснить все, что мы наблюдаем в процессе старения.
Теории старения
Существуют две основные категории теорий старения , которые принципиально различаются тем, что можно назвать «целью» старения. В первой категории старение по сути является случайностью: накоплением повреждений и износа тела, что в конечном итоге приводит к смерти. Напротив, теории запрограммированного старения рассматривают старение как преднамеренный процесс, контролируемый таким образом, что его можно сравнить с другими фазами жизни, такими как половое созревание.
Теории ошибок включают в себя несколько отдельных теорий, в том числе:
- Теория старения износа
- Теория старения, основанная на скорости жизни
- Теория старения с помощью сшивки белков
- Свободнорадикальная теория старения
- Теория соматических мутаций старения
Теории запрограммированного старения также подразделяются на различные категории в зависимости от метода, с помощью которого наши тела программируются на старение и смерть.
- Запрограммированное долголетие. Теория запрограммированного долголетия утверждает, что жизнь определяется последовательным включением и выключением генов.
- Эндокринная теория старения
- Иммунологическая теория старения
Между этими теориями и даже категориями теорий старения наблюдается значительное совпадение.
Гены и функции организма
Прежде чем обсуждать ключевые концепции, связанные со старением и генетикой, давайте рассмотрим, что такое наша ДНК и некоторые основные способы, которыми гены влияют на продолжительность нашей жизни.
Наши гены содержатся в нашей ДНК , которая присутствует в ядре (внутренней области) каждой клетки нашего тела. (Также существует митохондриальная ДНК, присутствующая в органеллах, называемых митохондриями, которые присутствуют в цитоплазме клетки.) У каждого из нас есть 46 хромосом, составляющих нашу ДНК, 23 из которых получены от наших матерей и 23 — от наших отцов. Из них 44 являются аутосомами, а две — половыми хромосомами, которые определяют, будем ли мы мужчинами или женщинами. (Митохондриальная ДНК, напротив, несет гораздо меньше генетической информации и получена только от наших матерей.)
В этих хромосомах находятся наши гены, наш генетический план, ответственный за перенос информации для каждого процесса, который будет происходить в наших клетках. Наши гены можно представить как ряд букв, которые составляют слова и предложения инструкций. Эти слова и предложения кодируют производство белков, которые контролируют каждый клеточный процесс.
Если какой-либо из этих генов поврежден, например, мутацией, которая изменяет ряд «букв и слов» в инструкциях, может быть произведен аномальный белок, который, в свою очередь, выполняет дефектную функцию. Если мутация происходит в белках, которые регулируют рост клетки, может возникнуть рак. Если эти гены мутируют с рождения, могут возникнуть различные наследственные синдромы. Например, кистозный фиброз — это состояние, при котором ребенок наследует два мутировавших гена, контролирующих белок, который регулирует каналы, ответственные за перемещение хлорида через клетки в потовых железах, пищеварительных железах и т. д. Результатом этой единственной мутации является загустение слизи, вырабатываемой этими железами, и вытекающие из этого проблемы, которые связаны с этим состоянием.
Как гены влияют на продолжительность жизни
Не нужно проводить тщательное исследование, чтобы определить, что наши гены играют по крайней мере некоторую роль в долголетии. Люди, чьи родители и предки жили дольше, как правило, живут дольше и наоборот. В то же время мы знаем, что генетика сама по себе не является единственной причиной старения. Исследования, изучающие однояйцевых близнецов, показывают, что явно происходит что-то еще; однояйцевые близнецы, имеющие одинаковые гены, не всегда живут одинаковое количество лет.
Некоторые гены полезны и увеличивают продолжительность жизни. Например, ген, который помогает человеку усваивать холестерин, снизит риск сердечных заболеваний.
Некоторые мутации генов наследуются и могут сократить продолжительность жизни. Однако мутации могут также произойти после рождения, поскольку воздействие токсинов, свободных радикалов и радиации может вызвать изменения генов. (Мутации генов, приобретенные после рождения, называются приобретенными или соматическими мутациями генов.) Большинство мутаций не вредны для вас, а некоторые могут быть даже полезны. Это потому, что генетические мутации создают генетическое разнообразие, которое поддерживает здоровье популяций. Другие мутации, называемые молчаливыми мутациями, вообще не оказывают никакого влияния на организм.
Некоторые гены, когда мутируют, становятся вредными, например, те, которые увеличивают риск рака. Многие люди знакомы с мутациями BRCA1 и BRCA2, которые предрасполагают к раку груди. Эти гены называются генами-супрессорами опухолей , которые кодируют белки, контролирующие восстановление поврежденной ДНК (или устранение клетки с поврежденной ДНК, если восстановление невозможно).
Различные заболевания и состояния, связанные с наследственными мутациями генов, могут напрямую влиять на продолжительность жизни. К ним относятся кистозный фиброз, серповидноклеточная анемия, болезнь Тея-Сакса и болезнь Хантингтона, и это лишь некоторые из них.
Ключевые концепции генетической теории старения
Ключевые концепции генетики и старения включают в себя несколько важных концепций и идей: от укорочения теломер до теорий о роли стволовых клеток в старении.
Теломеры
На конце каждой из наших хромосом находится кусочек «мусорной» ДНК, называемой теломерами. Теломеры не кодируют никаких белков, но, по-видимому, выполняют защитную функцию, не давая концам ДНК прикрепляться к другим кусочкам ДНК или образовывать круг. Каждый раз, когда клетка делится, от теломеры отрывается еще немного. В конце концов, от этой мусорной ДНК не остается ничего, и дальнейшее отсечение может повредить хромосомы и гены, так что клетка погибнет.
В целом, средняя клетка способна делиться 50 раз, прежде чем теломера будет израсходована (предел Хейфлика). Раковые клетки нашли способ не удалять, а иногда даже добавлять к участку теломеры. Кроме того, некоторые клетки, такие как лейкоциты, не подвергаются этому процессу укорочения теломер. Похоже, что хотя гены во всех наших клетках имеют кодовое слово для фермента теломеразы, который ингибирует укорачивание теломер и, возможно, даже приводит к удлинению, ген «включается» или «экспрессируется», как говорят генетики, только в таких клетках, как лейкоциты и раковые клетки. Ученые предположили, что если бы эта теломераза могла каким-то образом включаться в других клетках (но не настолько, чтобы их рост вышел из-под контроля, как в раковых клетках), наш возрастной предел мог бы быть расширен.
Исследования показали, что некоторые хронические состояния, такие как высокое кровяное давление, связаны с меньшей активностью теломеразы, тогда как здоровое питание и физические упражнения связаны с более длинными теломерами. Избыточный вес также связан с более короткими теломерами.
Гены долголетия
Гены долголетия — это особые гены, которые связаны с более продолжительной жизнью. Два гена, которые напрямую связаны с долголетием, — это SIRT1 (сиртуин 1) и SIRT2. Ученые, изучавшие группу из более чем 800 человек в возрасте 100 лет и старше, обнаружили три существенных различия в генах, связанных со старением.
Старение клеток
Клеточное старение относится к процессу, посредством которого клетки распадаются с течением времени. Это может быть связано с укорочением теломер или процессом апоптоза (или самоубийства клеток), при котором старые или поврежденные клетки удаляются.
Стволовые клетки
Плюрипотентные стволовые клетки — это незрелые клетки, которые потенциально могут стать любым типом клеток в организме. Предполагается, что старение может быть связано либо с истощением стволовых клеток, либо с потерей способности стволовых клеток дифференцироваться или созревать в различные виды клеток. Важно отметить, что эта теория относится к взрослым стволовым клеткам, а не к эмбриональным стволовым клеткам. В отличие от эмбриональных стволовых клеток, взрослые стволовые клетки не могут созреть в какой-либо тип клеток, а только в определенное количество типов клеток. Большинство клеток в нашем организме дифференцированы или полностью созревшие, а стволовые клетки — это лишь небольшое количество клеток, присутствующих в организме.
Примером типа ткани, в которой возможна регенерация этим методом, является печень. Это контрастирует с мозговой тканью, которая обычно лишена этого регенеративного потенциала. В настоящее время имеются доказательства того, что стволовые клетки сами по себе могут быть затронуты процессом старения, но эти теории похожи на проблему курицы и яйца. Неясно, происходит ли старение из-за изменений в стволовых клетках, или же изменения в стволовых клетках вызваны процессом старения.
Эпигенетика
Эпигенетика относится к экспрессии генов. Другими словами, ген может присутствовать, но может быть включен или выключен. Мы знаем, что в организме есть некоторые гены, которые включены только на определенный период времени. Область эпигенетики также помогает ученым понять, как факторы окружающей среды могут работать в рамках ограничений генетики, чтобы либо защищать, либо предрасполагать к болезни.
Три основные генетические теории старения
Как отмечено выше, существует значительное количество доказательств, которые рассматривают важность генов в ожидаемом выживании. При рассмотрении генетических теорий они делятся на три основные школы мысли.
- Первая теория утверждает, что старение связано с мутациями, влияющими на долгосрочное выживание, и что старение связано с накоплением генетических мутаций, которые не исправляются.
- Другая теория заключается в том, что старение связано с поздними эффектами определенных генов и называется плейотропным антагонизмом.
- Еще одна теория, выдвинутая на основе опыта выживания опоссумов, заключается в том, что окружающая среда, не представляющая большого риска для продолжительности жизни, приведет к увеличению числа особей с мутациями, замедляющими процесс старения.
Доказательства теории
Существует несколько доказательств, которые подтверждают генетическую теорию старения, по крайней мере частично.
Возможно, самым веским доказательством в поддержку генетической теории являются значительные видоспецифичные различия в максимальной выживаемости, при этом некоторые виды (например, бабочки) имеют очень короткую продолжительность жизни, а другие, такие как слоны и киты, похожи на нашу. В пределах одного вида выживаемость схожа, но выживаемость может сильно различаться между двумя видами, которые в остальном схожи по размеру.
Исследования близнецов также подтверждают генетический компонент, поскольку однояйцевые близнецы (монозиготные близнецы) гораздо более схожи с точки зрения продолжительности жизни, чем неидентичные или дизиготные близнецы. Оценка однояйцевых близнецов, выросших вместе, и сопоставление этого с однояйцевыми близнецами, выросшими отдельно, может помочь выделить поведенческие факторы, такие как диета и другие привычки образа жизни, как причину семейных тенденций в долголетии.
Дополнительные доказательства в широком масштабе были получены при изучении влияния генетических мутаций на других животных. У некоторых червей, а также у некоторых мышей мутация одного гена может увеличить продолжительность жизни более чем на 50 процентов.
Кроме того, мы находим доказательства некоторых конкретных механизмов, задействованных в генетической теории. Прямые измерения длины теломер показали, что теломеры уязвимы для генетических факторов, которые могут ускорить скорость старения.
Доказательства против генетических теорий старения
Один из самых сильных аргументов против генетической теории старения или «запрограммированной продолжительности жизни» исходит из эволюционной точки зрения. Почему должна быть определенная продолжительность жизни за пределами воспроизводства? Другими словами, в чем «цель» жизни после того, как человек размножился и прожил достаточно долго, чтобы вырастить свое потомство до взрослого состояния?
Также из того, что мы знаем об образе жизни и болезнях, ясно, что есть много других факторов старения. У однояйцевых близнецов может быть очень разная продолжительность жизни в зависимости от их воздействия, факторов образа жизни (таких как курение) и моделей физической активности.
Итог
Было подсчитано, что гены могут объяснить максимум 35 процентов продолжительности жизни, но мы все еще не понимаем больше о старении, чем понимаем. В целом, вероятно, что старение является многофакторным процессом, то есть, вероятно, это комбинация нескольких теорий. Также важно отметить, что обсуждаемые здесь теории не являются взаимоисключающими. Концепция эпигенетики, или того, «экспрессируется» ли присутствующий ген, может еще больше запутать наше понимание.
Помимо генетики, есть и другие детерминанты старения, такие как наше поведение, воздействие и просто удача. Вы не обречены, если члены вашей семьи, как правило, умирают молодыми, и вы не можете игнорировать свое здоровье, даже если члены вашей семьи, как правило, живут долго.
Что можно сделать, чтобы замедлить «генетическое» старение клеток?
Нас учат питаться здоровой пищей и быть активными, и эти факторы образа жизни, вероятно, так же важны, независимо от того, насколько наша генетика вовлечена в старение. Те же самые практики, которые, как кажется, поддерживают здоровье органов и тканей нашего тела, могут также поддерживать здоровье наших генов и хромосом.
Независимо от конкретных причин старения, оно может иметь значение:
- Упражнения. Исследования показали, что физическая активность не только улучшает работу сердца и легких, но и удлиняет теломеры.
- Питайтесь здоровой пищей. Диета с высоким содержанием фруктов и овощей связана с большей активностью теломеразы (по сути, меньшим укорочением теломер в ваших клетках). Диета с высоким содержанием омега-3-жирных кислот связана с более длинными теломерами, но диета с высоким содержанием омега-6-жирных кислот является противоположной и связана с более короткими теломерами. Кроме того, употребление газировки связано с более короткими теломерами. Reservatrol, ингредиент, отвечающий за возбуждение от употребления красного вина (но также содержащийся в безалкогольном красном виноградном соке), по-видимому, активирует белок долголетия SIRT
- Уменьшить стресс
- Избегайте канцерогенов
- Поддерживайте здоровый вес. Ожирение связано не только с некоторыми генетическими механизмами, связанными со старением, о которых говорилось выше (например, с укорочением теломер), но и с преимуществами долголетия, связанными с ограничением калорий. принцип образа жизни для профилактики рака, предложенный Американским институтом исследований рака, — быть максимально худым, не имея недостаточного веса, — может играть роль в долголетии, а также в профилактике рака и предотвращении рецидива рака.