Биологические основы старения и долголетия

Недавно для исследования тонких изменений структуры хроматина в фибробластах человека использовали специальный анализатор его изображений, полученных на электронных микрофотографиях с помощью телевизионного сканирующего устройства. Таким образом, можно было судить о плотности нитей хроматина, их длине и ширине. Группа того же крупнейшего в мире специалиста по культивированию клеток и их старению in vitro А. Мациейра-Коэлхо, проводившая эти исследования, пришла к заключению, что наблюденные ими изменения хроматина отражают деградацию ДНК в процессе старения клеток in vitro, т. е. согласуются с изменениями ДНК, которые мы, а затем они (а также ученые в США и Японии) наблюдали с помощью методов центрифугирования и других физико-химических методов.

Данные зарубежных исследователей находятся в согласии и с другими нашими данными — о накоплении повреждений ДНК при старении клеток в организме. Правда, изучались не полностью идентичные клетки. Мы исследовали фибробласты, взятые из тканей эмбрионов-абортусов и из кожи здоровых взрослых людей различного возраста; группа А. Мациейра-Коэлхо исследовала клетки доноров разного возраста, хранившиеся в замороженном состоянии в клеточном банке Национального института старения США. Авторы обнаружили прямую корреляцию между возрастом людей — доноров исследованных клеток и выраженностью изменений хроматина в этих клетках (которые, как отмечалось, они рассматривают как показатель деструкции ДНК).

Мы подробно говорим о возрастных изменениях ДНК, поскольку они имеют существенное значение не только для понимания молекулярных механизмов старения, но и важны практически.

Правда, пока использовать эти данные на практике не удается, это дело будущего, хотя значимость их становится все более очевидной в связи с теперь уже актуальной и в онкологии, и в гигиене проблемой индивидуальной чувствительности людей к канцерогенным агентам, загрязняющим окружающую среду. Кстати, все сказанное здесь может служить и доказательством взаимосвязи молекулярно-клеточных аспектов проблем биологии долголетия и экологии.

Как подчеркивается в аннотации к книге известного советского ученого Г. Н. Кассиля "Внутренняя среда организма" (М., Наука, 1978, 1983), одна из ведущих проблем современной биологии — учение о гомеостазе или динамическом постоянстве внутренней среды и основных физиологических функций организма генома и животных. В советской физиологии и геронтологии сложилась прочная и плодотворная традиция рассматривать старение как нарушение гомеостаза. Автор старался продолжить и развить эту традицию, распространив понятие гомеостаза и на молекулярно-клеточный уровень. При таком подходе обнаруживается, что даже ДНК является лишь динамически постоянной структурой, а поддерживаемое в клетке равновесие (динамическое) между возникновением повреждений ДНК и их залечиванием (репарацией) в старости может нарушаться.

Кроме молекулярных систем репарации ДНК, имеются и другие молекулярные системы защиты и регуляции. Эти системы работают и на внутриклеточном уровне, и на тканевом, и на уровне целостного организма. Мы сосредоточили внимание на первых, хотя будем касаться и более высоких уровней защиты и регуляции. Читателю, который хотел бы познакомиться подробнее с проблемой роли нарушения гомеостаза в старении, автор рекомендует прочитать упомянутую выше очень интересно написанную книгу Г. Н. Кассиля "Внутренняя среда организма", а также труды других ведущих отечественных физиологов и биохимиков, изучающих проблемы старения (И. А. Аршавский, Г. Д. Бердышев, Б. В. Ванюшин, В. М. Дильман, А. И. Зотин, В. Н. Никитин, Д. Ф. Чеботарев, В. В. Фролькис).

Накопление повреждений ДНК в клетках других организмов

Целый ряд исследований возрастных изменений ДНК был проведен в опытах на клетках мышей, крыс или собак. О результатах, полученных методом седиментации в градиенте щелочной сахарозы, уже было вкратце сказано. Здесь поясню, что накопление повреждений ДНК наблюдали, начиная с возраста мышей, который был далек от старческого. Этот результат, в согласии с тем, что мы наблюдали на клетках человека, показывает: физические изменения генетического вещества начинают накапливаться до того, как значительно нарушится его функция, и до того, как начнет снижаться жизнеспособность организма и возрастать вероятность развития тяжелых заболеваний. Но есть веские основания полагать, что накопленные повреждения ДНК подготавливают почву для развития таких изменений для старения в целом.

Приведем пока только один из фактов, свидетельствующих о биологической роли образования и накопления в ДНК щелочно-лабильных участков. Напомню, что такого типа повреждения, как мы рассчитали теоретически, с большой частотой должны возникать спонтанно. Эта частота возрастает после действия на клетки тепла или ионизирующего излучения, а под влиянием времени такого типа повреждения накапливаются в различных клетках млекопитающих.