Жизнь без старости - Скулачев Максим В. - Страница 35

Факты и соображения, изложенные выше, позволяют предполагать, что ^ концентрация АФК в митохондриях должна с возрастом повышаться у стареющих организмов. Совсем недавно это было прямо подтвержде- У

но на дрозофиле М. Мерфи и сотрудниками, разработавшими элегантный метод измерения митохондриальных АФК in vivo с помощью проникающих катионов. Существенно, что на людях получены указания на увеличение с возрастом генерации АФК при обратном переносе электронов в мышечных митохондриях. Генерация Н202 митохондриями молодых людей (средний возраст 23,5 года) была почти втрое ниже, чем у пожилых (67,3 года), причем этот эффект блокировался ротеноном, ингибитором комплекса I.

2) Антиоксидантная защита митохондрий значительно снижается при старении.

Ключевую роль в этом эффекте играет падение уровня белка SIRT3 — фермента-деацетилазы, стимулирующего важнейшие антиоксидантные системы митохондрий — восстановление глютатиона и супероксиддис-мутазу 2.

3) Снижение уровня митохондриальных АФК замедляет старение. Такой эффект был достигнут тремя различными способами.

а) Каталаза, ключевой антиоксидантный фермент, расщепляющий Н202, был адресован в матрикс митохондрий, где он в норме отсутствует. Оказалось, что мыши с такой мутацией живут дольше. В той же лаборатории было показано, что старение скелетных мышц резко замедляется присутствием каталазы внутри митохондрий. Исчезли такие нарастающие с возрастом эффекты, как повышение продукции перекиси водорода мышечными митохондриями, увеличение числа мутаций митохондриальной ДНК, рост карбонилирования белков (особенно белков митохондрий), снижение максимальной скорости митохондриального дыхания и сопряженного с ним синтеза АТФ. Тормозилось уменьшение числа митохондрий в скелетных мышцах при старении животных. Кроме того, ослаблялось неблагоприятное

к

S

У

О

L-

о

>

действие старения на миокард, снижались явления системного вое- х паления, уменьшалась частота возникновения опухолей негематопо- 1 этического происхождения; при этом каталаза не влияла на развитие q

а.

опухолей гематопоэтической системы и гломерулонефропатий. На мышах с мутацией в корректорском центре митохондриальной ДНК-полимеразы («мутаторных мышах») адресная доставка каталазы в митохондрии сердца уменьшала число делеций митохондриальной ДНК, карбонилирование белков и количество формы фермента эпоп

ее

=;

сС

тоза — каспазы 3, повышенные у «мутаторных» мышей в отсутствие каталазы в органеллах. Перечисленные эффекты были выражены гораздо слабее или вовсе отсутствовали, если каталаза была снабжена ядерным либо пероксисомным адресом.

б) Был нокаутирован ген белка p66shc, комплексующегося с митохондриальным цитохромом с и, по-видимому, разрешающего этому 0 цитохрому переносить электрон прямо На 02, образуя О2' Продолжи- £ тельность жизни мышей выросла на 30%. Интересно, что выключе- £ ние гена белка p66shc снижает окислительное повреждение как мито-

т

хондриальной, так и ядерной ДНК in vivo в легких, печени, селезенке, со коже, скелетных мышцах и почках, но не влияет на этот показатель о

в мозге и сердце. Подобная тканевая специфика полностью соответствует содержанию p66shc, которое минимально в мозге и сердце. к Можно полагать, что эти два органа в значительной степени выведе- ^ ны из-под действия программы старения, по крайней мере, в той ее части, которая реализуется достаточно рано и опосредована белком ^ p66shc.

в) В нашей лаборатории был синтезирован низкомолекулярный антиоксидант, адресованный в митохондрии (SkQl, см. далее, гл.7). Это вещество продлевало жизнь грибов, растений, ракообразных, насекомых, рыб и млекопитающих, а также замедляло развитие большой группы старческих заболеваний и признаков.

4) Увеличение уровня митохондриальных АФК ускоряет старение. В рамках нашего проекта по борьбе со старением (гл. 7) один из его участников, президент Королевской академии наук Швеции Б. Кэннон и ее сотрудники провели опыты на «мутаторных» мышах. Как уже отмечалось выше, такие мыши умирают гораздо быстрее со всеми признаками прогерии — преждевременного старения. Эти эффекты резко ослаблялись добавкой митохондриального антиоксиданта SkQ1 в питьевую воду.

5) Старение сопровождается накоплением ошибок в митохондриальной ДНК и уменьшением количества митохондриального фосфолипида кардиолипина.

В соответствии с логикой, изложенной выше, максимальная продолжительность жизни млекопитающих оказалась в обратной зависимости от количества двойных связей и способности к пе-рекисному окислению фосфолипидов печеночных митохондрий.

Другой пример того же рода дало сравнение пчелиной матки и рабочей пчелы, продолжительность жизни измеряются соответственно годами в первом случае и десятками дней — во втором. У рабочих пчел оказалось гораздо больше полиненасыщенных жирных кислот, подверженных перекисному окислению, а у маток — насыщенных, устойчивых к этой опасности. Наконец, количество белка-антиоксиданта, ювенильного гормона пчел вителлогенина было намного выше у маток.

6) Митохондриальные АФК вызывают апоптоз, тем самым способствуя уменьшению «клеточности» органов и тканей.

д

На сегодня накоплен обширный экспериментальный материал о том, как АФК участвуют в запрограммированной смерти клетки. В этом * смысле особенно важны митохондриальные АФК. Мутантные клеточные линии, лишенные митохондриальной ДНК, а значит, и возможно- н сти образовывать АФК в дыхательной цепи, чрезвычайно устойчивы т к апоптозу. Митохондриальный антиоксидант SkQl блокирует апоптоз о клеток в культуре, вызванный небольшой добавкой перекиси водорода. ° Сама добавленная перекись быстро разлагается клеточными фермента- ^ ми, но затем, через 1-2 часа, наступает мощный всплеск генерации эндо- ^ генных АФК, который как раз и снимается SkQl. Здесь мы имеем дело ^ с явлением, обнаруженным нашим сотрудником Д.Б. Зоровым, а имен- £ но «образованием АФК под действием других АФК». Показано также к снятие некроза клеток in vitro посредством SkQl. Кроме того, обнаруже- ^ но предотвращение при помощи SkQl возрастной активации апоптоза крысиных фибробластов. ^

Таким образом, есть веские основания полагать, что именно митохондриальные АФК вызывают уменьшение количества клеток в органах и тканях стареющих организмов.

II.6.6. Как организм узнает, сколько ему лет

Наши часы идут плохо, регулятор нашей жизни не соответствует своему назначению; это — дешевенький маятник, сделанный на скорую руку... Мы не приложили стараний к его обработке.

Н.А. Умов

По нашему мнению, старение есть последний этап онтогенеза — индивидуального развития организма. Но если это так, то старение, как и онтогенез в целом, должно управляться «большими биологическими часами». Их существование было постулировано В.М. Дильманом и вслед за ним — А. Комфортом. Поразительно, что, несмотря на колоссальные успехи молекулярной биологии и генетики последних десятилетий, мы по-прежнему ничего не знаем об устройстве этих «часов». Более того, мы даже не догадываемся, где они находятся. Наши знания об измерении времени живыми существами пока ограничиваются суточным ритмом. Этот ритм обусловливается циклическими биохимическими реакциями, происходящими в эпифизе (у птиц) или в супрахиазматическом ядре гипоталамуса (у млекопитающих). Как в том, так и в другом случае измерение времени основывается на колебаниях в эпифизе или супрахиазматическом ядре концентрации определенных веществ, что вызывает затем циклическое изменение уровня в крови определенных гормонов, прежде всего мелатонина. Интересно, что с возрастом средняя концентрация мелатонина в крови и амплитуда его суточных колебаний неуклонно уменьшаются, причем этот процесс у людей начинается с 7 лет, являясь, по-видимому, одним из самых первых признаков старения. По данным В.Н. Гладышева и сотрудников, у голого землекопа обнаруживаются большие аномалии в первичной структуре рецепторов мелатонина.