Карманный справочник врача. Основы геронтологии

В последнее время значительный интерес проявляется у геронтологов к специфическим генным белкам – сиртуинам. Они найдены в клетках практически всех организмов, от бактерий до млекопитающих. Эти белки представляют собой ферменты, участвующие в процессе упаковки молекулы ДНК в белки-гистоны. Сиртуины препятствуют распаковке «ненужных» генов, а также участвуют в репарации ДНК. Показано, что избыток сиртуинов в клетках дрожжей препятствует их старению. У мышей, генетически предрасположенных к развитию лимфомы, введение сиртуинов или стимуляция генов сиртуинов увеличивает их выживаемость на 25–45 %. Стимуляция генов сиртуинов происходит, в частности, антиоксидантом ресвератролом (который содержится в красном вине и которому приписывают геропротекторный эффект).

С возрастом увеличивается число ядер в клетке – полиплоидия, причем ядерная мембрана образует многочисленные складки для увеличения площади соприкосновения с цитоплазмой, расширяются ядерные поры, появляются ядерные включения (обычно функционально неактивные).

Изменения хроматина при старении

Изменениям хроматина в процессе старения придавали важное значение. Типичными возрастными изменениями хроматина являются:

• увеличение температуры плавления, что отражает увеличение числа химических сшивок молекулы ДНК;

• снижение экстрагируемости хромосомных белков (вследствие той же причины);

• снижение степени ковалентных модификаций белков и влияния способности различных агентов модифицировать эти белки, что снижает управляемость геномом;

• уменьшение транскрипционной активности – синтеза РНК на активных участках ДНК и пр.

При облучении мышей разного возраста репаративный синтез изменяется в 2–3 раза, при этом дело, видимо, не в снижении активности ферментов репарации ДНК, поврежденной радиацией, а в степени доступности для ферментов этих повреждений ДНК в составе хроматина клеток.

Известно большое число различных механизмов репарации ДНК. Радиационная повреждаемость ДНК стволовых клеток кишечного эпителия мышей разных линий и возраста примерно одинакова, однако скорость репарации этих повреждений с возрастом снижается. Способность диплоидных фибробластов человека к репарации индуцированных излучением однонитевых разрывов ДНК достоверно снижается с увеличением возраста донора. Показано также влияние возраста донора на интенсивность внепланового синтеза ДНК в клетках человека, подвергнутых in vitro УФ-облучению: найдена отрицательная корреляция между возрастом и величиной репарационного синтеза ДНК в лейкоцитах периферической крови здоровых субъектов 13–94 лет при сильных индивидуальных колебаниях. Было обнаружено также ослабление в старости индуцированного УФ-светом репаративного синтеза в лимфоцитах человека.

Двунитевые разрывы ДНК относятся к наиболее тяжелым повреждениям генома. Они являются молекулярным субстратом формирования различного вида структурных мутаций генов, аберраций хромосом, участвуют в инициации клеточной трансформации; они образуются при действии ионизирующих излучений, различных химических мутагенов и канцерогенов.

С возрастом в соматических клетках накапливаются не только мутации, но и хромосомные перестройки. С увеличением возраста не отмечено изменений стехиометрии большинства гистонов, однако имеются сообщения об изменениях строения подвида гистона H1. Ацетилирование гистонов, которое, предположительно, изменяет взаимодействие гистон-ДНК и делает ДНК более доступной для разного рода воздействий, снижается по мере старения на 30–70 %.

Метилирование генома и возраст

Некоторые авторы подчеркивают значимость определенных процессов в хроматине, важных для старения, например, изменения степени метилирования генома.

По-видимому, метилирование ДНК препятствует взаимодействию регуляторных белков (факторов транскрипции) с промотором. Метилирование ДНК способствует привлечению к району промотора белков, подавляющих транскрипцию.

До 5 % всех остатков цитозина в ДНК млекопитающих метилировано по 5'-позиции с образованием 5-метилцитозина (5-мЦ). Это единственное постоянно модифицированное основание в ДНК высших эукариот. Метилирование происходит в обеих нитях ДНК симметрично, и остатки 5-мЦ всегда сопровождаются остатками гуанина со стороны 3'-конца.

Метилирование ДНК вовлечено в регуляцию активности генов. Изменения в метилировании, в частности деметилирование динуклеотидов у позвоночных, связаны с изменением уровня транскрипции. Возрастное деметилирование ДНК впервые описано в 1973 году Ванюшиным, когда была обнаружена разница в степени деметилирования в тканях крыс: в ткани мозга по сравнению с печенью оно было выше. В дальнейшем было показано возрастное снижение количества 5-мЦ в легких и культурах фибробластов кожи, для последних отмечена связь деметилирования со снижением возможности к росту в культуре. Было высказано предположение, что возрастное деметилирование предрасполагает клетки к опухолевой трансформации.