Есть ли гены старения?

Было бы здорово, если бы существовал только один ген, который отвечал бы за старение, позволяя нам просто его отключить. К сожалению, реальность оказывается более сложной. За старение отвечают несколько групп генов, каждая из которых играет свою уникальную роль. Причем, кроме самих генов на старение и здоровье организма влияют и другие эпигенетические факторы, но об этом уже скоро в следующей главе. А пока посмотрим на некоторые гены, которые связаны со старением.

Одна из групп регулирует холестериновый обмен, а именно процессы, связанные с атеросклерозом и сужением сосудов. В случае мутаций в этих генах, обмен холестерина может быть резко нарушен, что ведет к образованию бляшек даже у маленьких детей.

Существуют также гены, которые отвечают за углеводный обмен и могут провоцировать развитие сахарного диабета. Эти гены также влияют на состояние стенок сосудов. Эти гены можно отнести к общим, влияющим на старение организма.

В то же время, есть гены, которые приводят к наследственным заболеваниям. Например, прогерия (преждевременное старение из-за мутации гена LMNA), также известная как синдром Гетчинсона – Гилфорда – это достаточно редкое аутосомно-рецессивное заболевание детей, которое передается из поколения в поколение. К годовалому возрасту у детей уже могут проявляться признаки старения, а к 10–12 годам они уже могут умереть от старости – выпадают волосы, зубы, истончается кожа, развивается ранний атеросклероз. По сути, прогерия – это модель ускоренного старения. К 13 годам имеем пожилого человека по всем параметрам здоровья (биохимические, физические и др).

Существует и взрослая форма этого заболевания, известная как синдром Вернера, первые признаки которого начинают проявляться у людей в возрасте 18–30 лет. Болезнь проявляется атрофией кожи и подкожной клетчатки, ранним появлением седины, множественными патологиями опорно-двигательного аппарата.

Есть также гены, отвечающие за конкретные признаки старения. Например, мутации в гене ELN могут приводить только к внешним признакам старения, таким как обвисшее лицо с морщинами. Этот ген отвечает за производство белка эластина, обеспечивающего молодость нашей кожи.

Интересно, что седение волос также является генетическим фактором. В некоторых семьях люди начинают седеть уже в 20–30 лет.

Таким образом, старение – это сложный процесс, за которым стоят множественные гены и механизмы их взаимодействия. Но как мы уже упоминали, генетика и наши ДНК – не единственное (а возможно, и даже не основное), что влияет на старение и качество нашей жизни.

Влияние эпигенетики

Если раньше ученые думали, что только гены предопределяют кто мы есть, как мы будем выглядеть и насколько здоровой и продолжительной будет наша жизнь, то сегодня мы точно знаем, что все: включая наше поведение, вредные привычки, экология и окружающая среда, стресс, питание оказывают воздействие на активность наших генов и генов будущих поколений.

Дело в том, что набор генов фиксирован, и как уже было сказано, гены всех людей схожи примерно на 99,6 %. Существенную роль же играют не сами гены, а то какие из них активны в тот или иной момент времени, а какие нет. И именно на это уже влияют так называемые эпигенетические факторы, включая все, что было упомянуто ранее: стресс, питание, вредные или полезные привычки, экология, наше поведение и пр.

Часто различие между генетикой и эпигенетикой представляют как сочетание пианино и пианиста соответственно. Если генетика – это пианино, на котором клавиши представляют собой определенный ген, то эпигенетика – это пианист, который играет на этом пианино, или выбранная композиция. И поэтому несмотря на то, что клавиши на пианино одинаковы для всех, сыграть можно миллионы разных произведений. Поэтому каждая из 30 триллионов клеток нашего тела имеет одни и те же гены и одну и ту же ДНК, но некоторые из них становятся клетками кожи, другие – нейронами, третьи – клетками сердца.

Само слово «эпигенетика» означает науку о том, как клетки контролируют активность генов без изменения последовательности ДНК. «Эпи-» в переводе с греческого означает «над или выше», и поэтому под «эпигенетическими» факторами подразумевают факторы, находящиеся за пределами генетического кода. То есть эпигенетические факторы не изменяют последовательность строительных блоков ДНК, но влияют на активность или «экспрессию» генов.

Мы знаем, что ДНК – это своеобразная инструкция, которая считывается и указывает клетке какой именно белок производить, который дальше выполнит определенную функцию в нашем теле. Эта регуляция помогает гарантировать, что каждая клетка вырабатывает только те белки, которые необходимы для ее функционирования. Например, белки, способствующие росту костей, не вырабатываются в мышечных клетках.

Эпигенетические изменения помогают определить включены или выключены гены, и соответственно они влияют на выработку белков в клетках. Паттерны эпигенетической модификации различаются у разных людей, в разных тканях человека и даже в разных клетках ткани. Воздействие окружающей среды, такое как диета человека и воздействие загрязняющих веществ, могут влиять на эпигеном. Эпигенетические модификации могут передаваться от клетки к клетке по мере деления клеток и, в некоторых случаях, могут передаваться по наследству из поколения в поколение.

Так каким образом происходит воздействие эпигенетических факторов на активность тех или иных генов?

Есть два наиболее распространенных типа эпигенетической модификации.

Первый из них называется метилирование ДНК. Метилирование ДНК подразумевает присоединение небольших химических (метильных) групп, каждая из которых состоит из одного атома углерода и трех атомов водорода, к строительным блокам ДНК. Когда метильные группы присутствуют в гене, этот ген выключается или замалчивается, и из этого гена не образуется никакого белка.

Вторым типом эпигенетических изменений является модификация гистонов. Мы уже упоминали гистоны, когда говорили про строение ДНК. Гистоны – это структурные белки в ядре клетки. ДНК оборачивается вокруг них, что способствует плотной упаковке и придает форму хромосоме. Гистоны можно модифицировать путем добавления или удаления химических групп, таких как метильные группы или ацетильные группы (каждая из которых состоит из двух атомов углерода, трех атомов водорода и одного атома кислорода). Химические группы влияют на то, насколько плотно ДНК обернута вокруг гистонов, что влияет на возможность включения или выключения того или иного гена.

Ошибки в эпигенетическом процессе, как например, невозможность добавления химической группы к определенному гену или гистону, могут привести к аномальной активности или бездействию гена. Изменение активности генов, в том числе вызванное эпигенетическими ошибками, является частой причиной генетических нарушений. Было обнаружено, что такие состояния, как рак, нарушения обмена веществ и дегенеративные расстройства, бывают связаны в том числе с эпигенетическими ошибками.

Эпигенетический профиль человека меняется с возрастом под воздействием образа жизни, экологии и некоторых других факторов: некоторые гены включаются, некоторые выключаются, и в целом профиль становится другой интенсивности. Есть некоторые общие изменения, характерные для большинства людей, а есть индивидуальные особенности. По эпигенетическому профилю, в частности, по метилированию ДНК, можно оценить биологический возраст человек с точностью до 3–5 лет. И если соотнести этот биологический возраст с хронологическим возрастом человека, то можно будет заметить, что человек стареет быстрее или медленнее. И это в принципе можно заметить в быту, активен ли человек, насколько молодо он выглядит для своего возраста или нет (вспомним, встречу одноклассников:). Кстати, у долгожителей эпигенетический (биологический) возраст на несколько лет моложе их хронологического возраста.

Некоторые ученые считают, что «эпигенетическая память» стирается и обнуляется при новом зачатии, другие же ученые считают, что эпигенетические изменения могут передаваться по наследству. И для этого есть определенные исследования, которые доказывают эту точку зрения. Например, при имитации засухи рисовые побеги проявили повышенную устойчивость к засухе в течение следующих 11 поколений. В другом эксперименте потомки растений, которые подвергались атаке гусениц, также проявляли большую устойчивость к поеданию гусеницами. А потомки растений, которые не подвергались атаке гусениц, не обладали подобными адаптационными изменениями. В обоих случаях, и с рисом и с гусеницами, изменения происходили в метилировании генома, хотя сама ДНК оставалась неизменной.

Другие исследования включали в себя исследования на мышах: детеныши мышей боялись того же самого, что и их родители. Еще один известный пример – повышенная предрасположенность к диабету и ожирению детей и внуков голландских женщин, переживших знаменитый голод зимой 1944 года.

Мы уже упоминали, что при делении клеток происходят мутации / опечатки в ДНК с примерной вероятностью 1 нуклеотид на 1 миллион. Таким же образом, при делении клеток могут происходить и опечатки в эпигенетическом профиле ДНК, потому что эпигенетические метки тоже должны переписаться при делении клетки. Так вот, здесь вероятность получения ошибок уже в 10 раз чаще, что тоже может влиять на возникновение болезней, развитие процесса старения и пр. Кстати, для корректного синтеза ДНК, ее метилирования и исправления ошибок, необходимо наличие всех нужных микроэлементов и витаминов в организме, в частности, витамины В3, В9 и В12, а также цинк и магний. Даже небольшой дефицит этих элементов в организме может нарушить стабильность генома и привести к увеличению числа случайных хромосомных повреждений. Более подробно о витаминах и минералах мы рассказываем далее в книге в отдельной главе.

В прошлой главе про теории старения мы уже упоминали, что достаточно большая часть ученых считает, что старение – это запрограммированный процесс. Так вот, некоторые исследователи заявляют, что именно метилирование генома и эпигенетика – это именно тот инструмент, который отвечает за разные периоды жизни. Ведь по эпигенетическому профилю можно определить биологический возраст человека, потому что во время эмбрионального развития, детства, юношества, взросления и старения – эпигенетический профиль отчетливо различается.

Некоторые ученые даже сравнивают всю жизнь с программой в стиральной машине – сначала идет замачивание, потом стирка, потом полоскание, и наконец, отжим. И по их мнению, если это программа, то ее можно взломать / отключить. А если мы предполагаем, что это связано с метилированием наших ДНК, то может быть можно научиться останавливать это метилирование – то есть фиксировать его в том виде, которое у нас имеется условно в 30 лет. Либо откатывать его назад. И сейчас уже ведутся такие исследования. Причем, существуют и естественные способы воздействия на эпигенетический профиль – в частности, ограничение калорий, а также имеются и искусственные методы, как то, специальные лекарства, деметилирующие геном.