Важность и надежность механизма старения и смерти

НА ПУТИ ПОИСКА ПРОГРАММЫ И ИНИЦИАЛЬНОГО СУБСТРАТА СТАРЕНИЯ

"Успехи геронтологии", 1999г., выпуск 3

Потапенко А.И. Акифьев А.П.
Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, Москва
Институт общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН, Москва

Реферат

В статье приведены литературные и собственные данные авторов об общих свойствах механизма старения животных. На основании приведенных фактов проведен анализ наиболее распространенных моделей старения животных. Показано, что ни одна из них, включая привлекающую наибольшее внимание модель маргинотомии А.М.Оловникова, не в состоянии предсказать все реально наблюдаемые особенности механизма старения.

Из рассмотренных данных сделаны заключения о том, что существует специальный механизм старения и его pабота определяется не только генами, но и определенными некодирующими белки последовательностями генома, сама структура которых допускает значительные вариации. Начало старения животных обусловлено повреждениями ДНК, локализованными в нервных клетках, вероятно, в минорной фракции генома.

Старение животных относится к числу фундаментальных признаков их онтогенеза. Старение гарантирует смерть организма и, следовательно, обеспечивает одно из главных свойств живой материи - ее дискретность во времени. Однако в настоящее время биология старения не занимает ведущих мест среди других биологических дисциплин. Такое положение во многом объясняется объективными трудностями, которые необходимо преодолевать исследователям. Главная из них состоит в том, что при старении изменяются многие структуры и функции организма и поэтому трудно определить, что же является клеточным и молекулярным инициальным субстратом старения. Кроме того на сам процесс старения, в частности на его скорость, оказывают влияние многие гены и факторы среды [4]. Отсюда проистекает и обилие различных гипотез (их десятки, а может быть, и сотни) о природе старения. Большинство таких гипотез может быть легко опровергнуто в ходе самых предварительных дискуссий и поэтому не нуждается в экспериментальном обосновании.

Критическому обзору наиболее популярных моделей старения, а также доказательству существования программы старения и определению ее локализации в геноме, а также поиску субстрата старения посвящена настоящая работа. Может ли эта программа (если она существует, ниже мы вернемся к этому вопросу) содержаться только в генах, кодирующих белки? Как ,будет показано далее, установить локализацию первичного субстрата и программы старения прямыми исследованиями не удалось. Поэтому исследование механизмов старения приходится проводить по методу изучения "черного ящика", в первую очередь собирая все сведения о характерных чертах и результатах его работы.

Важность и надежность механизма старения и смерти

Старение и смертность обеспечивают выполнение одного из главных законов организации живой материи на Земле - закона дискретности и непрерывности ее в пространстве и времени [8]. Другими словами, жизнь на Земле представлена индивидуальными носителями, имеющими конечный срок своего существования, то есть смертными. Дискретность в пространстве нарушается в норме у видов, имеющих половой процесс, лишь при оплодотворении, когда происходит слияние половых клеток мужского и женского организмов, принадлежащих одному виду. Интересно при этом, что оплодотворение необходимо для обеспечения непрерывности живой материи во времени. Непрерывность живой материи обеспечивается, как это впервые постулировал Вейсман [5], особыми свойствами половых клеток.

Итак, старение это по-существу процесс, реализующий смертность, то есть временную дискретность организмов, необходимую для смены поколений. Без этого виды не могут сколь-либо длительно приспосабливаться к изменениям окружающей среды. В этом аспекте смертность животных можно отнести к инвариантным константам, которые допускают и обеспечивают появление и сохранение жизни на Земле [22]. Особенность биологических констант заключается в том, что все они так или иначе записаны в ДНК, ибо только через эти молекулы осуществляется информационная и отчасти материальная преемственность живой материи.

Неизбежность смерти обеспечивается дублированием механизмов старения. Можно отметить следующие факты:

1. В природе практически все животные умирают от случайных причин, не доживая до срока, определяемого основным механизмом старения, строго его можно исследовать только в лаборатории. Это, конечно, не означает, что старение - чисто лабораторный феномен. Пожалуй, правильно считать, что как раз в природе старение действует как фактор, увеличивающий вероятность смерти. Снижение приспособительных возможностей организма приводит к быстрой гибели начавшей стареть особи из-за действия внешних факторов, и смерть животных в природной популяции неизбежна вследствие случайных "атак" внешней среды. Последнее положение доказывают кривые выживания животных в дикой природе - они весьма близки к логарифмическим [28].

2. Некоторые виды имеют особые механизмы смерти, например, нерестовая гибель тихоокеанских лососей или угрей. Однако при выключении специальных механизмов, эти особи не становятся бессмертными, а умирают в результате нормального старения.

3. Вероятнее всего, смерть животных наступает вследствие изменений в постмитотических клетках - нейронах и сердечной мышце. Что, однако, произойдет, если мы сможем предотвратить эти изменения? По всей видимости, в этом случае рано или поздно исчерпается репродуктивный потенциал камбиальных клеток - лимит Хейфлика - и смерть организма все равно будет неизбежной, так как прекратится возобновление клеток в делящихся тканях, например,кишечном эпителии.

4. Соматические клетки могут быть избавлены от лимита на число делений, однако трансформация, in vivo сопровождающаяся иммортализацией таких клеток, приводит к неизбежной гибели организма от злокачественных опухолей.