Биологические основы старения и долголетия - Виленчик Михаил Маркович - Страница 33

Е. Ковакс с соавторами из лаборатории генетики человека в Базеле изучили спонтанный и индуцированный УФ-излучением репаративный синтез в лимфоцитах 38 мужчин и 17 женщин, которые были разделены на две группы: 17–39 лет и 44–74 года. Они установили, что интенсивность спонтанного репаративного синтеза ДНК в лимфоцитах людей 1-й группы была меньше, чем в лимфоцитах 2-й. Однако значительных различий в интенсивности индуцированного репаративного синтеза ДНК они не обнаружили, хотя и отметили, что клетки молодых людей менее гетерогенны по этому показателю.

А группа исследователей из Колумбийского университета в Нью-Йорке исследовала интенсивность репаративного синтеза ДНК клеток эпидермиса, полученных от людей различного возраста. Эту интенсивность оценивали методом радиоавтографии в клетках, облученных УФ-лучами. Было обнаружено, что активность процесса репарации ДНК по мере увеличения возраста доноров уменьшается на 50 %, причем с возрастом увеличивается доля клеток с низкой интенсивностью репаративного синтеза.

Наблюдаемые изменения нельзя объяснить ни нарушением проницаемости клеток для предшественников ДНК, ни изменением размера ядра. Приведенные данные однозначно свидетельствуют о нарушении с возрастом функции самих систем репарации ДНК.

Ряд исследований был выполнен с клетками, полученными от грызунов. В частности, ученые из медицинского колледжа Питтсбургского университета (США) установили: процесс репаративного синтеза ДНК после облучения УФ-светом клеток печени (гепатоцитов) 2-3-месячных крыс протекает активнее, чем в тех же клетках старых (16–20 месяцев) крыс.

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.

Основываясь на биологическом значении нестабильности ДНК, роли ДНКазы в механизмах этой нестабильности, анализе закономерностей взаимодействия Т-лимфоцитов-киллеров ("убийц") с клетками-мишенями, автор этой книги обосновал предположение, что Т-лимфоциты убивают свою жертву путем инъекции в нее ДНКаз. Это предположение было опубликовано в начале 1985 года в отечественном журнале "Успехи современной биологии". А в середине того же года группа американских авторов (В. Е. Мунгер с соавторами) сообщила, что им удалось очистить гранулы, которые вводят цитотоксические Т-лимфоциты в клетку-мишень. Такие гранулы содержат цитолизины, с помощью которых в мембране клеток-мишеней образуется "дырка", и в нее поступает ДНКаза, содержащаяся в большом количестве в этих гранулах. В Т-лимфоцитах, не обладающих цитотоксической активностью, содержание ДНКаз значительно меньше.

Теперь вспомним, что макрофаги убивают бактерии посредством действия на них активных форм кислорода: супероксидного радикала и образуемых при его участии радикала ОН· и Н₂О₂ (также содержащих кислород в полувосстановленной форме). Этот класс веществ, конечно, резко отличается от ДНКаз. Но у них есть и общее свойство — все они являются эндогенными генотоксическими факторами, используемыми одними клетками для разрушения других.

У строгого читателя может возникнуть вопрос: а какое отношение рассказ о механизмах разрушения одних клеток другими имеет к старению? Прежде чем ответить, напомню, что способность определенных клеток пожирать и убивать другие клетки была открыта И. И. Мечниковым — великим русским биологом, первым из отечественных ученых получившим Нобелевскую премию по биологии и медицине. Так вот, И. И. Мечников этим своим открытием не только заложил основы учения о клеточном иммунитете (важнейшей области современной биологии и медицины), но и сформулировал фактически первую гипотезу о механизмах старения человека. И. И. Мечников предположил, что макрофаги могут "пожирать" также клетки собственных органов, например (и это он считал особенно существенным в механизмах старения человека) незаменимые (неделящиеся) клетки в процессе старения органов. Гипотеза И. И. Мечникова, конечно, теперь имеет прежде всего исторический интерес. Однако она же может стать основой для более совершенных гипотез, учитывающих роль иммунологических механизмов (или в более широком смысле — межклеточных взаимодействий) в старении организма.