Накопление ошибок как причина старения

Человек — единственное живое существо, которое заранее осознает свою смертность. Пожилой возраст гармонично вписывается в социальную концепцию жизни и воспринимается нами как нечто неизбежное и закономерное. Старость и смерть замыкают жизненный цикл, состоящий из таких событий, как рождение, получение образования, супружество, рождение детей, активная работа, выход на пенсию. Несмотря на то, что большинство современных людей доживает до пожилого возраста, а само старение признано основной причиной смертности в развитых странах, ученые до сих пор знают об этом процессе далеко не все. Можно сказать, что старение остается главной загадкой биологии, раскрытие которой сулит человечеству блага вечной молодости.

В современной трактовке старение — это естественный биологический процесс разрушительного характера, во время которого снижается выживаемость организма во внешней среде, проявляется уязвимость для болезней и возрастных хронических заболеваний, возрастает риск смерти. Старение неразрывно связано с общей деградацией: физической, когнитивной и социальной.

Почему это с нами происходит?

Познать тайну старения люди пытались во все времена. Алхимики искали эликсир вечной молодости, религия превозносила «период мудрости», придавая ему священное значение, философы пытались объяснить феномен. Античные мыслители Цицерон, Платон, Аристотель и другие оставили потомкам свои рассуждения о предшествующем смерти человека этапе. Так, Овидий в «Метаморфозах» сравнивает человеческую жизнь со временами года, описывая старость как «старуху зиму с шагом дрожащим». Одряхление, немощь, бессилие — причины этих «недугов», проявляющиеся в старости, пытались найти и в Средние века (Аврелий Августин, Фома Аквинский), и в Новейшее время (Гете, Швейцер, Розенмайер). Несмотря на значительный рывок в познании механизмов старения, современные философы не перестают рефлексировать над этим вопросом. «Было бы чудесно жить в мире, в котором смерть станет необязательной. Сейчас все мы приговорены к смертной казни, несмотря на то, что никто из нас не сделал ничего такого, чтобы этого заслуживать», — делится размышлениями философ-трансгуманист Геннадий Столяров.

Что считать старостью

С помощью биоархеологической реконструкции ученым удалось узнать, что предки человека австралопитеки и неандертальцы жили всего 20–23 года. С развитием общества повышалась и средняя продолжительность жизни, дойдя к нашему времени до 73 лет. Наши предки в большинстве своем не доживали до старости из-за тяжелых условий и большого числа опасностей. Их жизни уносили и эпидемии болезней. Поэтому во все времена лучшие умы человечества размышляли не столько над причиной старости, сколько над сутью самой смерти, и искали способы бороться именно с ней. Первым серьезным шагом стала прививка коровьей оспы и следующие за ней открытия в области медицины. Если раньше люди умирали в раннем возрасте от антисанитарии и отсутствия лечения, то уже в конце XIX века многие получили шанс дожить до глубокой старости.

В современной классификации ВОЗ описываются несколько возрастных категорий, среди которых имеются пожилой возраст (60–74 года), старческий (75–90 лет) и возраст долгожителей (свыше 90 лет). Несколько веков назад возможность дожить до преклонного возраста была минимальной, сейчас она значительно увеличилась — но до какого предела?

Эксперименты Алексис Каррел, проведенные в 1900-х годах на курицах, показали, что в благоприятной среде клетки живого организма способны непрерывно делиться, то есть обновляться. На горизонте забрезжила надежда на бессмертие. В 1960-х годах Леонард Хейфлик определил максимальное количество делений, на которые способна клетка, тем самым опровергнув исследование Каррел. Согласно пределу Хейфлика, максимум продолжительности человеческой жизни — 115 лет. Хотя философы-трансгуманисты, например, Джулиан Хаксли, считают, что «человеческий вид может, если пожелает, выйти за пределы самого себя», то есть за рамки биологической эволюции.

Можно ли увеличить период активной жизни и не стареть? Однозначного ответа на этот вопрос нет до сих пор, но ученые продолжают работать над проблемой, чтобы ответить на него утвердительно. Для начала необходимо разгадать физиологические, клеточные и генетические механизмы старения, а также научиться управлять ими.

Механизмы старения: более 100 теорий

Старение — процесс, во время которого происходят комплексные изменения на всех уровнях: молекулярном, клеточном, тканевом, функциональном, психологическом. Одним из значимых признаков старения является накопление всевозможных болезней. Возрастзависимые заболевания — ишемическая болезнь сердца, инсульт, рак, сахарный диабет, а также нейродегенеративные — например, сосудистая деменция, болезни Альцгеймера и Паркинсона — возглавляют список причин смерти в настоящее время. Примерно к 50 годам у человека появляется два хронических заболевания, а к 70 — уже семь. Если бы многие из них не вели к смертельному исходу, то в преклонном возрасте человек обладал бы целым букетом болезней.

Биологи надеются, что процесс старения можно замедлить, если разобраться в том, как он протекает. «Существует около сотни теорий старения, — рассказывает главный гериатр Минздрава России, президент Российской ассоциации геронтологов и гериатров Ольга Ткачева. — Глобально есть две противоборствующие позиции. Первая гласит, что старение — это запрограммированный, неизбежный процесс. Вторая — что это заболевание, которое можно предотвратить и «жить вечно». Чтобы разобраться в сути теорий, стоит более детально рассмотреть их многообразие.

Запрограммированные теории старения

Согласно теориям запрограммированного старения, постепенное угасание жизненно важных функций человека — результат эволюции. Двигаясь по своеобразному биологическому графику, организм получает от старения свои преимущества, важные для всей популяции. Идею о том, что старение — это естественный и неизбежный процесс, поддерживает несколько теорий.

Теория запрограммированного долголетия. Ее приверженцы популяризируют мнение о том, что за запуск программы старения отвечают определенные гены. Те, у кого такие гены «не включились», стареют быстрее и живут меньше.

Эндокринная теория отводит главенствующую роль в процессе старения половым железам, утверждая, что биологические часы действуют через гормоны. А это значит, что падение секреторной деятельности гипофиза, надпочечников или щитовидной железы ведет к угасанию организма.

Согласно иммунологической теории, иммунная система человека запрограммирована на «самоуничтожение». С возрастом она ослабевает, делая организм уязвимым для болезней. Например, молодой человек быстро придет в норму после пневмонии, в то время как для пожилого она легко может стать смертельной.

Теории повреждений или ошибок

Другая категория — теории, основанные на случайных повреждениях клеток. Они утверждают, что причина старения скрыта в накоплении всевозможных багов и ошибок, с которыми организм с возрастом не может эффективно бороться. Повреждения могут случаться на самых разных уровнях.

С возрастом организм утрачивает функцию саморегуляции. На этом основана теория износа, согласно которой жизненно важные части клеток и тканей изнашиваются, что приводит к старению.

Нейроэндокринная теория тоже говорит о внутреннем износе, но сосредотачивается на нейроэндокринной системе. Согласно этой идее, основным звеном развития и последующего старения организма является гипоталамус. Этот орган величиной с грецкий орех находится в мозге и дает команды другим органам и железам высвобождать свои гормоны. Чем старше человек становится, тем больше гипоталамус теряет свою способность к точной регуляции, а это ведет к снижению секреции многих гормонов.

В теории Мечникова старость подразделяется на физиологическую и патологическую. По мнению автора идеи, у многих людей старение наступает преждевременно из-за интоксикации нервных клеток. Источником интоксикации выступает толстый кишечник, в котором развиваются гнилостные процессы. Сам физиолог Илья Мечников считал, что для продления жизни нужно соблюдать ряд условий (гигиена, трудолюбие, отказ от излишеств), которые он объединил в учение о нормальной жизни и назвал ортобиозом.

Теория жизненного темпа указывает на закономерность: чем выше скорость кислородного метаболизма в организме, тем короче его продолжительность жизни. Проще говоря, чем интенсивнее человек живет, тем больше изнашивается организм. Физиолог Иван Павлов, проводя эксперименты над животными, доказал, что нервные нагрузки вызывают преждевременное старение. Отсюда возникла его теория об «охранительном торможении», которое, по мнению ученого, может продлить организму жизнь.

Согласно теории перекрестных связей, белок, связываясь с глюкозой, становится поврежденным и не может работать так же эффективно, как прежде. Иными словами, в нем накапливается клеточный мусор. Белки «сшиваются» друг с другом, что влияет на потерю эластичности — не только кожи, но, что гораздо опаснее, кровеносных сосудов и легких.

Теория свободных радикалов предполагает, что некоторая доля кислорода, проходящего через клетку на протяжении всей ее жизни, переходит в агрессивные формы — свободные радикалы, которые имеют дополнительный электрон. В организме они живут тысячные доли секунды, а потом начинают атаковать сбалансированные молекулы (белки, липиды клеточных мембран, ДНК), пытаясь «украсть» у них электрон. Так здоровые молекулы теряют электроны и сами становятся свободными радикалами, продолжая разрушение. Прежде всего от атак страдают митохондрии — своеобразные «энергетические станции» внутри клетки, которые отвечают за дыхание и выделение энергии.

Особняком в теориях повреждений и ошибок стоят генетические теории старения. Научные изыскания показали, что генетика может играть важную роль в этом процессе. Согласно исследованию, проведенному на мышах, после удаления клеток, содержащих определенные гены, жизнь животного увеличивалась на 35%. Не все эксперименты можно провести на людях, но это не мешает генетикам строить гипотезы — некоторые из них считаются довольно авторитетными.

Теория теломеров сосредотачивается на истощении структур на концах ДНК, которое приводит к прекращению репликации клеток. Было выявлено, что соматические клетки способны делиться ограниченное число раз, как будто на них установлен счетчик, не позволяющий выйти за границы определенного количества делений. Появилась версия, что теломеры — концевые участки хромосом — с каждым делением укорачиваются и в какой-то момент просто не могут это повторить. Таким образом, деление клетки ДНК служит «счетчиком» продолжительности жизни.

Теория накопления мутаций основывается на том, что гены способны изменяться. Чем дольше человек живет, тем больше происходит мутаций. Так как каждый ген отвечает за несколько признаков, их трансформация влечет за собой изменения в физиологии человека. Мутации могут происходить как без причины, так и под воздействием различных факторов, как внешних, так и внутренних.

Социальные теории старения

Процесс старения пытается объяснить не только геронтология. Для исследования старости важно учитывать и социокультурную составляющую, связанную с восприятием этого периода жизни в обществе. Если в прошлом старение давало человеку бонусы в виде авторитета «мудреца», обладающего важной информацией (например, как сеять и собирать урожай), то с развитием технологий знания пожилых людей становятся все более неактуальными для молодого поколения. Ввиду торможения когнитивных функций пожилые люди зачастую не могут в полном объеме овладеть новыми технологиями и, согласно теории размежевания, в том числе из-за этого как бы «выпадают» из общества, не в силах подстроиться под его ритм.

Теория деятельности масштабирует эту мысль и говорит о том, что пожилой человек дольше сохраняет бодрость тела и ясность мыслей, когда он активно включен в социальную жизнь: общается с молодыми, имеет некую автономию, занимается любимым делом. Футуролог Питер Диамандис даже разработал программу по «мышлению долголетия», которая основывается на шести «заповедях»: гармоничное окружение, потребление правильной информации, здоровый сон и еда, физическая активность и, самое интересное, вера в возможность долгой жизни.

Будущее за бессмертием: таблетка вечной жизни и прививка от старения

Успехи современной медицины позволили значительно увеличить среднюю продолжительность жизни, но этого человечеству недостаточно. Во многих лабораториях и центрах прямо сейчас идет активная работа по созданию если не эликсира молодости, то волшебной таблетки. Разработки ведутся сразу по нескольким направлениям: это и репрограммирование клеток, которые якобы можно вернуть к эмбриональному состоянию, и переливание плазмы крови, взятой у молодых доноров, и точечная терапия стволовыми клетками, и диагностика старения с помощью искусственного интеллекта.

Японские ученые разработали экспериментальную вакцину, которая очищает дисфункциональные стареющие клетки, вызывающие заболевания. Их израильские коллеги замедляют процессы старения с помощью улучшения передачи сигналов от белка VEGF, который приводит к истощению кровеносных сосудов — правда, пока только у мышей. А командование спецопераций США заявили о скором начале клинических испытаний «таблетки от старения» — она будет представлять собой биодобавку, наделяющую человека силой и выносливостью.

Само представление о жизни, старении и смерти в ближайшем будущем претерпит фундаментальные изменения. Обороты набирает биореволюция — эффективное взаимодействие технологий и медицины. Физик Митио Каку, например, предлагает делить предполагаемое бессмертие на генетическое и цифровое. Второе будет основано на создании цифровых копий умершего человека по мотивам его сообщений, страниц в соцсетях, личных записей, фотографий.

Чем быстрее наука движется вперед, тем больше появляется вопросов относительно процесса старения. И главный из них, наряду с тем, как достичь бессмертия, — насколько изменится мир, если все люди будут жить вечно? По прогнозам ученых, многие ответы мы получим уже в скором будущем.

К старшему поколению или пожилым принято относить лиц обоего пола в возрасте старше 60 лет. Старшее поколение делится на два возрастных периода. Первый — престарелый возраст включает возрастной период 60 75 лет, а второй старческий возраст — включает лиц в возрасте 75 лет и старше.

Число пожилых, а также их доля в общей численности населения как в нашей стране, так и во всем мире постоянно возрастает. В мире к 2000 г. насчитывалось 580 млн пожилых, из них 380 млн в развивающихся странах. К 2020 г. предполагается, что в мире будет 1 млрд пожилых людей. Женщины составляют большую часть пожилого населения, так как женщины живут дольше.

Старение населения требует всестороннего изучения и внимания к медико-социальным проблемам пожилых, в том числе к питанию. Пожилая часть населения относится к уязвимой категории населения с высоким риском и частотой развития различных форм недостаточности питания. Обеспечение пожилых адекватной полноценной пищей встречает ряд проблем социально-экономического и медицинского характера.

Механизм и причины старения

Процесс старения затрагивает весь организм и в целом характеризуется снижением функций отдельных органов и систем. Старение разрушительный процесс, ведущий к снижению физиологических функций организма и их недостаточности, ограничению адаптационных возможностей организма, развитию возрастной патологии и в конечном итоге к увеличению вероятности смерти. Процесс старения у каждого человека протекает с индивидуальной скоростью, которая зависит от генетических факторов, пола, образа предшествующей жизни, факторов окружающей среды, социально-психологических факторов и многих других причин. Старение развивается под влиянием комплекса экзо- и эндогенных факторов. Предложено множество теорий и гипотез развития дегенеративных процессов, характеризующих старение организма.

Программная теория основывается на признании конечного количества клеточных делений, которое запрограммировано в генетическом аппарате. Теория накопления ошибок предполагает, что под воздействием факторов окружающей среды происходит повреждение молекул ДНК, что приводит к нарушению генетической программы биосинтеза нормальных макромолекул, в первую очередь белков. Теория изнашивания клеточных структур основана на допущении, что факторы окружающей среды вызывают накопление дегенеративных изменений в клеточных компонентах с образованием перекрестных связей между макромолекулами белков и повреждением ДНК, нарушением функции клеточных мембран. Представление о процессах изнашивания клеточных систем подкрепляется тем, что максимальная продолжительность жизни биологических видов находится в обратной зависимости от скорости метаболических процессов (основного обмена) и продолжительности периода до достижения репродуктивной зрелости. Например, у насекомых и землероек очень высокая скорость основного обмена и короткая продолжительность жизни.

Среди многочисленных теорий, пытающихся найти универсальный механизм старения, можно назвать свободнорадикальную теорию. Согласно этой теории, причиной возрастных изменений и повреждений мембран, макромолекул и генетического аппарата клеток являются свободные радикалы, возникающие под действием кислорода, фоновой радиации, чужеродных химических веществ и других факторов окружающей среды. В связи с этой теорией велись поиски геропротекторов среди антиоксидантов. Однако дополнительное назначение экспериментальным животным природных антиоксидантов не увеличивало значительно продолжительность жизни по сравнению с нормальной обеспеченностью антиоксидантами.

Несмотря на многочисленные попытки показать в экспериментальных условиях на животных роль отдельных факторов питания как факторов, задерживающих процессы старения (геропротекторное действие), убедительные и признанные результаты получены только при ограничении калорийности пищи. Ограничение калорийности пищи (на 40 50% от калорийности при свободном кормлении) на протяжении значительной части жизни увеличивает продолжительность жизни крыс, мышей, хомячков. При этом задерживаются физиологические дегенеративные изменения, характерные для процесса старения. Остается неясной возможность экстраполяции экспериментальных данных на человека. Процесс старения у человека зависит от множества взаимодействующих факторов. Существенное ограничение потребления энергии на определенных этапах онтогенеза может оказаться небезопасным для человека. Кроме того, ограничение потребления пищи скажется на качестве жизни человека. Тем не менее, факт увеличения продолжительности жизни экспериментальных животных при ограничении калорийности пищи дает дополнительное обоснование необходимости предупреждения ожирения как признака избыточного потребления энергии с пищей.

Процессы старения и проблемы питания в пожилом возрасте

Если в период роста и развития организма в детском и подростковом возрасте превалируют процессы анаболизма и регенерации, то в пожилом возрасте преобладают процессы катаболизма, что означает нарастание дегенеративных изменений в органах и тканях и нарушение их функций. Процесс старения сопровождается рядом морфологических и функциональных изменений в организме, которые влияют на процессы восприятия и усвоения пищи, а также предполагают изменения потребности в пищевых веществах и энергии. К таким изменениям относятся:

• снижение вкуса и обоняния;
• потеря зубов и плохие зубные протезы;
• воспалительные процессы в слизистойоболочке ротовой полости;
• снижение секреции слюны;
• сухость во рту и снижение вкусовыхощущений, вызываемые лекарствами;
• снижение секреции соляной кислотыв желудке, влияющее на всасывание кальция, витамина В₁₂;
• нечувствительность к жажде;
• снижение функции почек, влияющеена экскрецию лекарств и поддержаниенормального водно-солевого обмена;
• влияние на аппетит и потребность в пищевых веществах длительного приема лекарств;
• снижение эффективности иммуннойсистемы.

Снижение функции органов чувств затрагивает вкус, обоняние, слух, зрение, тактильное чувство. Снижение вкуса (дисгевзия) и обоняния (гипосмия) встречается наиболее часто и имеет прямое влияние на аппетит и потребление пищи. Снижение вкуса и обоняния отражается на функции слюнных желез, желудочной секреции, функции поджелудочной железы и даже секреции инсулина.

На потребление пищи, ее переваривание и всасывание существенно влияют изменения, происходящие при старении в желудочно-кишечном тракте. В пожилом возрасте возрастает частота гипохлоргидрии и атрофического гастрита. Последний может быть причиной развития дефицита витамина В₁₂ — пернициозной анемии. В пожилом возрасте снижается усвоение кальция и витамина О, что способствует рассасыванию костной ткани и прогрессированию остеопороза.

В пожилом возрасте чаще распространены запоры. Это связано не только со сниженной активностью мышечной стенки кишечника, но и с недостаточным потреблением жидкости, недостаточным потреблением в целом пищи (энергии) и нечастым приемом пищи, пищевых волокон и сидячим образом жизни, а также депрессивным состоянием. Лечение и предупреждение запоров заключается в организации достаточного питания и потребления пищевых волокон и назначении слабительных средств. Вместе с тем повышать потребление пищевых волокон следует постепенно во избежание дискомфорта (газообразование) и нарушения всасывающей функции желудочно-кишечного тракта.

В пожилом возрасте снижается эластичность сосудистой стенки, возрастает периферическое сопротивление кровотоку и развивается артериальная гипертензия. У мужчин концентрация холестерина достигает пика к 60 годам, тогда как у женщин продолжает повышаться до 70 лет. Коррекция липидного обмена и гипертонии должна проводиться и в пожилом возрасте, хотя не рекомендуются очень жесткие диетические ограничения для быстрого снижения уровня холестерина. Снижение общей массы и тощей метаболически активной массы тела в престарелом и старческом возрасте предполагает снижение величины основного обмена и потребности в энергии на единицу массы тела. Величина основного обмена к старческому возрасту снижается на 15-20%, тощая масса тела — на 2-3% за 10 лет. Содержание белка в организме пожилых на 30-40% ниже, чем у молодых. При этом доля жировой массы возрастает. Возрастное снижение массы мышечной ткани — саркопения — основная причина снижения мышечной силы, изменения походки и нарушения равновесия.

Пожилые люди, как и дети, нуждаются в более плотной по пищевым веществам пище, так как при более низкой потребности в энергии потребность в незаменимых пищевых веществах повышается или не изменяется. Потребление энергии у пожилых женщин снижается в меньшей степени, чем у мужчин, поэтому у женщин выше частота ожирения.

Просмотров:
594285



Опубликовано:
04.06.2019

/

Обновлено:

09.04.2022

Общие сведения

Старение есть сумма всех механизмов, которые изменяют функции живого существа, препятствуют поддержанию физиологического баланса и в конечном итоге приводят к смерти. Процесс старения это процесс сложный, постепенный, зависящий от многих биологических факторов. Ученые всегда проявляли особый интерес к старению и поиску подходов к изучению этого феномена.  

Исследования показали, что старение контролируется генетическими факторами и биологическими процессами, присущими человечеству. 

Чтобы замедлить этот естественный процесс и увеличить продолжительности жизни, первым шагом является понимание причин старения: как оно действует на живые организмы, и какие факторы влияют на продолжительность жизни. 

Существует 7 основных причин: повреждение генома, эпигенетические факторы, укорочение теломер, развернутая реакция белка, дисфункция митохондрий, клеточное старение и истощение стволовых клеток. 

Ошибки репарации ДНК 

Геном — это сумма генетической информации человека или вида. Геном является картой для построения всего организма. Генетическая информация, в основном, хранится в ядре клетки в виде молекул ДНК. Участок ДНК, задающий последовательность определённого полипептида, либо функциональной РНК, представляет ген. Геном человека содержит от 25 000 до 30 000 генов.  

Но молекулы ДНК не лежат в свободном виде в ядре клетки, они упакованы вместе с белками-гистонами в хромосомы. Хромосомы содержат всю генетическую информацию и реплицируются с каждым клеточным делением.  

На протяжении всей жизни клетки делятся множество раз, в результате генетический материал постоянно воспроизводится в живых системах и передается вновь созданным дочерним клеткам. Во время клеточного деления довольно часто наблюдаются генетические ошибки, которые образуются во время репликации ДНК. Они называются ошибками репликации ДНК. Ошибки репликации приводят к нарушению функционирования клетки и могут повлиять на оставшуюся ткань, если клетка не будет устранена в результате запуска апоптоза (гибели клеток) или старения (ухудшения функций клетки).  

В организме также существует система, которая восстанавливает молекулу ДНК, модифицированную во время репликации. Система использует белки и ферменты. PARP1 — участвует в репарации ДНК и сиртуинов, а также в регуляции экпрессии генов, ремоделировании хроматина и функционировании митохондрий. NAD+ является косубстратом PARP. С возрастом происходит увеличение экспрессии белков PARP, что говорит о частых ошибках репликации и необходимости их устранения. В ответ на повреждения ДНК из-за работы PARP в клетке также очень быстро истощаются запасы NAD+, что приводит к клеточной гибели. 

Активация фермента PARP может индуцировать сверхэкспрессию белка P53. Белок Р53 представляет другую систему контроля жизненного цикла клетки. Р53 отвечает за элиминацию канцерогенных клеток и позволяет продлить жизнь органов, предотвращая развитие раковых клеток. Однако, чем больше белка активируется, тем больше он ускоряет процесс старения, приводя к усиленному разрушению клеток и потери гомогенности тканей. 

Механизм укорочения теломерных повторов 

Способность диплоидных клеток к пролиферации ограничена. Этот процесс регулируется теломерами. Теломеры оказывают защитное действие на ДНК. Теломеры являются той частью хромосомы, которая не содержит генетической информации, и разрушаются на протяжении всей жизни при каждой репликации до тех пор пока полностью не исчезнут. Поскольку ДНК больше не защищена, при репликации важная информация «разжевывается», что приводит к апоптозу клетки или созданию раковой клетки. Фермент теломераза обеспечивает полную репликацию теломер. Он обнаружен только в стволовых, эмбриональных и раковых клетках. Присутствие этого фермента в раковых клетках объясняет, почему они бессмертны: они могут делиться бесконечно, не останавливаясь на своих «биологических часах». Работа этого фермента представляет большой научный интерес, однако, его активация может быть связана с виндукцией злокачественной трансформации. 

Сокращение теломер можно сравнить с биологическими часами, которые активируют старение клеток, как только время истекает. Этот механизм ограничивает продолжительность жизни всех клеток, поэтому является центральным. 

Эпигенетические механизмы и старение 

Эпигенетика занимается изучением механизмов, управляющих экспрессией генома. Экспрессия генов может варьировать в зависимости от факторов окружающей среды. Органы демонстрируют эту изменчивость: каждая клетка имеет сходную генетическую информацию, но разные функции, что показывает разницу в экспрессии генов в зависимости от окружающей среды. 

Существует несколько эпигенетических механизмов регуляции активности генов: 

• Реакции метилирования. 

Метилирование — это эпигенетическая модификация генома посредством добавления или удаления метильной группы. Реакции метилирования могут активировать, ингибировать экспрессию генов, или повысить вероятность мутации. Процесс метилирования оказывает влияние на рецепторы эстрогенов, опухолевые супрессоры и другие важные гены. Эпигенетические модификации, связанные с метилированием, растут с возрастом и могут привести к серьезным проблемам со здоровьем. 

• Ремоделирование хроматина. 

В ядре ДНК принимает форму хроматина, что позволяет компактизовать генетический материал. С возрастом ремоделирование хроматина уменьшается, стабильность хромосом снижается, что сопровождается преждевременным старением. 

• Модификация гистонов. 

Гистоны — это белки, вокруг которых обернута ДНК. Они составляют большую часть хромосомы. Любая модификация компонентов гистонов может изменить экспрессию генов. Например, некоторые гормоны ответственны за добавление или удаление компонентов гистонов (сиртуинов, NF-kB) и влияют на стабильность генома. Модификация гистонов влияет на продолжительность жизни посредством модификаций экспрессии некоторых генов. 

Нарушение конформации белков, как причина старения 

Белки представлены полипептидной цепью, состоящей из последовательности аминокислот. Работают белки благодаря своей конформационной структуре: вторичной, третичной, четвертичной. Складывание белка представляет физический процесс-фолдинг, посредством которого белок становится функционально активным. 

Исследования показали, что нарушение процесса фолдинга белка составляет патофизиологическую основу многих возрастных заболеваний различной этиологии, в том числе болезни Альцгеймера, болезнь Паркинсона и прочих. 

Последствия нарушения конформационных структур связаны с накоплением агрегатов белков неправильной конформации. 

Митохондриальная дисфункция и возраст 

Митохондрии — это клеточные органеллы, ответственные за поддержание клеточного дыхания и синтез АТФ — основного источника энергии. Митохондрии обладают собственной ДНК, называемой мтДНК. 

Дисфункция митохондрии является основной причиной старения из-за жизненно важной роли митохондрий в клетках. Возрастная дисфункция наблюдается с возрастом, может привести к гибели клетки. Ее причиной служит окислительный стресс, нарушение клеточно-митохондриальной связи. 

Клеточное старение 

Клеточное старение происходит, когда возраст клетки увеличивается и ее функция уменьшается. Клетка прекращает делиться и меняет свою активность. Стареющие клетки можно увидеть на всех этапах жизни. С возрастом их число увеличивается в некоторых тканях, вызывая их гетерогенность.  

Механизм клеточного старения полезен в молодости. Он защищает организм от пролиферации раковых клеток, но требует эффективной работы иммунной системы для устранения стареющих клеток. При старении эффективность иммунной системы снижается, обновления стволовых клеток происходит реже.  

Стволовые клетки 

Стволовые клетки — это недифференцированные клетки, которые не принадлежат к какому-либо конкретному органу и поэтому могут генерировать специализированные клетки посредством «клеточной дифференцировки». 

Стволовые клетки позволяют обновлять клетки в органе, они хранятся в организме и используются при необходимости. 

Некоторые клетки стареют и умирают регулярно и требуют замены. Срок жизни эритроцита в среднем 120 дней. Другие органы могут расти и требовать больше ткани (например, матка во время беременности). Некоторые органы не имеют стволовых клеток и поэтому не могут быть обновлены при повреждении, например, сердце, поджелудочная железа. 

При старении ткани также не восстанавливаются из-за замедления деления клеток и отсутствия замены стволовых клеток. Это объясняется избыточной экспрессией белков, блокирующих клеточный цикл, или накоплением повреждений ДНК на стволовых клетках. 

Истощение стволовых клеток является одной из основных причин старения, поскольку препятствует обновлению клеток и является причиной старения органов. Понимание работы стволовых клеток будет жизненно важным для регенеративной медицины в будущем.

Вышеуказанные причины потенциально ответственны за изменение функций организма. Некоторые из них лежат в основе полезных механизмов, которые становятся вредными с возрастом, как в случае с клеточным старением и системой репарации ДНК. Механизмы предотвращают развитие рака, но по мере того, как их активность становится слишком высокой, происходит сбой, дегенерация тела ускоряется. 

Другими причинами являются простые механизмы, которые медленно развиваются во времени (митохондриальная дисфункция, укорочение теломер). Необходимо понимать их, если мы когда-нибудь захотим поработать над этим, чтобы потенциально замедлить старение, и увеличить продолжительность жизни человека.