Биологические основы старения и долголетия

По данным Ганса Ниедермуля с соавторами, способность к эксцизионной репарации клеток крыс в процессе их старения уменьшается. Она была снижена в клетках почти всех исследованных органов 28-месячных крыс по сравнению с клетками 9- и 18-месячных независимо от того, чем вызывали повреждения ДНК: 4-нитрозметилмочевиной, метил-метансульфонатом, 4-нитрохинолин-1-оксидом или гамма-излучением.

Я перечислил все исследованные факторы, не только чтобы подчеркнуть общие закономерности, но и отметить, что все эти факторы являются канцерогенными или потенциально канцерогенными. Это обстоятельство мы учтем ниже при рассмотрении вопроса о причинах резкого учащения в процессе старения животных и человека случаев развития у них злокачественных новообразований.

Характер изменения репаративного синтеза ДНК при старении соответствует характеру изменения активности генов в синтезе РНК, т. е. нарушение репарации ДНК и вследствие этого — накопление повреждений ДНК в определенных генах приводят к нарушению функции этих генов. Однако возможно, что обе функции ДНК — синтез РНК и способность к репарации ДНК — нарушаются по одной или нескольким общим причинам, например вследствие компактизации ДНК или хроматина в процессе старения. То, что в результате этого репарируемость (или, если воспользоваться термином из теории надежности технических систем, — ремонтопригодность) генов будет уменьшаться, не подлежит сомнению. Ведь в результате компактизации ДНК доступность поврежденного участка ДНК к препарирующим ферментам должна уменьшаться. Но в то же время целый ряд наблюдений свидетельствует: в процессе старения клеток в них возрастает количество "плотно упакованной" ДНК. У такой ДНК, кроме "ремонтопригодности", может снижаться способность к редупликации и к синтезу РНК. Таковы звенья цепи молекулярных изменений, определяющих скорость старения. Однако на самом деле процесс "старения" генетического вещества еще сложнее.

Выше расчетным путем была оценена скорость спонтанного непрограммированного метилирования ДНК. Была рассмотрена скорость лишь неэнзиматического метилирования, и она оказалась очень большой. Но если это так, то и система спонтанной репарации ДНК в неповрежденной клетке должна работать с такой скоростью, чтобы из ДНК в течение часа выщеплялись многие десятки метильных групп (иначе их содержание в ДНК быстро достигло бы уровня, не совместимого с жизнью клетки). Процесс репарации ДНК такой интенсивности можно зарегистрировать либо физико-химическими, либо более чувствительными иммунологическими методами анализа. Но к сожалению, пока он полностью не исследован.

Далее теоретический биофизический анализ ДНК показывает: в клетках с относительно большой частотой (по сравнению с частотами спонтанных мутаций) протекает процесс спонтанного дезаминирования цитозина. Если бы не было систем репарации этого типа спонтанных повреждений ДНК, то количество предмутационных изменений, ведущих к транзициям ЦГ -> АТ, составило бы в расчете на клеточный цикл (его минимальная продолжительность у клеток млекопитающих составляет примерно сутки) порядка 10^-5-10^-4 в расчете на 1 сайт, тогда как экспериментально определяемые частоты порядка 10^-8 и менее. Следовательно, мы должны заключить, что в клетках постоянно протекают не только процессы спонтанного дезаминирования цитозина, но и репарации возникающих в результате этого изменений структуры ДНК.

При действии на различные клетки относительно небольших концентраций некоторых химических мутагенов в них можно определить возрастание устойчивости к этим мутагенам, связанное с активацией (индукцией, синтезом) ферментов с защитными (репарирующими) свойствами. Мы получили доказательство, что небольшие дозы УФ-излучения или даже тепловое воздействие определенной интенсивности и длительности могут активировать системы репарации ДНК в некоторых клетках. Другие авторы также получали факты, свидетельствующие об активной защите клетки, об их "приспособляемости" к окружающей среде и на уровне репарации ДНК.

Существуют и другие, кроме репарации ДНК, способы защиты генома, и о них еще будет рассказано. Сейчас же отмечу, что даже в устройстве генома клеток человека можно усмотреть "стремление" природы в процессе эволюции увеличить стабильность.