Владимир Скулачёв - Жизнь без старости

Робинсоны, посвятившие описанию этого явления ряд статей и специальную книгу [281–284], полагают, что в аминокислотной последовательности белка скрыты «молекулярные часы», неумолимо отсчитывающие срок его жизни.

Еще одним претендентом на часовой механизм может быть процесс спонтанного гликирования белков. В его основе лежит химическая реакция сахара с ε-аминогрупой остатка аминокислоты лизина в различных белках. В результате дальнейших превращений, развязанных этим процессом (в нем участвуют АФК [235,52,51]), получается пентозидин (продукт соединения лизина с аргинином), карбоксиметиллизин и карбоксиэтиллизин. Все эти вещества объединяются английским сокращением AGE (advanced glycation end products, в переводе «конечные продукты гликирования») [314]. Сиван и сотрудники показали, что уровень AGE в эластине межпозвоночных дисков при старении возрастает в той же пропорции, что и количество D-аспартата [314].

Есть одно существенное для нас отличие между, с одной стороны, D-аспартатом (и продуктами дезамидирования) и AGE, с другой. Для AGE существуют специальные рецепторы (RAGE) [13,274], т. е. наш организм умеет измерять уровень AGE. Поскольку этот уровень линейно зависит от возраста, то с помощью RAGE организм мог бы отслеживать свой возраст [12]. В общем-то, сказанного достаточно, чтобы представить себе биологические часы, измеряющие годы. Для этого надо взять 1) белок типа кристаллинов или эластина, время жизни которого соизмеримо с продолжительностью нашей жизни и 2) RAGE, специфичный к какому-нибудь из AGE в этом белке. Далее необходимо, чтобы комплекс RAGE и белка, содержащего AGE, запускал апоптоз, как это, по-видимому, происходит при активации апоптоза при бактериальном заражении, когда участвует один из рецепторов, принадлежащих к группе RAGE [274]. Если все события, перечисленные выше, происходят в клетках, производящих «первичный ювенильный гормон», и эти клетки, наподобие нервной, не умеют размножаться, то с возрастом их популяция будет уменьшаться, что повлечет за собой снижение уровня ювенильного гормона в организме.

Данная схема предполагает, что такие значительные отрезки времени, как месяцы и годы, измеряются не одной клеткой, а большой их группой, особым морфологическим образованием типа супрахиазматического ядра гипоталамуса (или эпифиза, вырабатывающего мелатонин — гормон суточного ритма). Кстати, как мы уже отмечали выше, уровень мелатонина, антиоксиданта и индуктора целой группы ферментов антиоксидантной системы клетки, медленно, но верно снижается при старении, что и положено ювенильному гормону. Более того, мелатонин обладает геропротекторным эффектом [406,262,3,143]. Другой интригующий поворот того же сюжета — способность некоторых RAGE связывать β-амилоид, белок, играющий ключевую роль в болезни Альцгеймера) [13,274]. Если подобное свойство присуще также и тем RAGE, что служат одной из деталей “больших биологических часов”, то эту страшную болезнь можно отнести к прогериям, т. е. случаям ускоренного старения организма, когда “большие часы” начинают спешить [436]. К сожалению, уровень наших знаний о работе «больших часов» еще слишком низок, чтобы вмешаться в их работу и таким способом изменить сбившийся отсчет времени.

Следует подчеркнуть, что первичный ювенильный гормон по всей вероятности запускает гормональный каскад, составленный из вторичных, третичных и т. д. ювенильных гормонов, которые умножают сигнал первичного гормона и передают этот сигнал тканям и органам. Совсем недавно был выяснен механизм контроля старения одним из таких вторичных ювенильных гормонов, а именно гонадотропин-рилизинг гормоном (ГРГ). В группе американского клеточного биолога Д. Кэя [399] было установлено, что старение сопровождается увеличением количества клеток микроглии (играющих роль мозговых фагоцитов) в одном из отделов гипоталамуса и активацией транскрипционного фактора NF kB в этих клетках. Под действием NF kB микроглия начинает продуцировать фактор некроза опухолей (ФНО), который атакует локализованные в том же отделе мозга нейроны, ответственные за синтез ГРГ. В нейронах есть свой NF kB, который активируется под действием ФНО. Эта активация, в свою очередь, стимулирует метилирование промотора гена ГРГ, что ведет к выключению синтеза ГРГ нейронами. А без ГРГ гипофиз не образует третичный ювенильный гормон — гонадотропин, требующийся для синтеза половых гормонов и еще целого ряда систем, действующих в молодом организме, но ослабляющихся при старении. Блокируя регуляторную цепочку, описанную выше, авторам удалось продлить жизнь мышей и затормозить развитие таких признаков старения, как саркопения, остеопороз, истончение кожи, появление сшивок в ткани сухожилий и ослабление памяти. Частичного торможения развития перечисленных признаков можно было достичь подкожным введением ГРГ старым мышам. Примечательно, что нейроны, образующие вторичный ювенильный гормон ГРГ, локализованы в гипоталамусе, т. е. там же, где супрахиазматическое ядро с его «часами» циркадного ритма.

Ввиду неясности природы ювенильного гормона на сегодня остается открытым вопрос, каким именно образом этот гормон сдерживает нарастание уровня АФК в митохондриях. Вряд ли мы имеем здесь дело с прямым антиоксидантным действием гормона. Любой гормон занимает слишком высокое положение в иерархии управленческих устройств организма, чтобы “лично” участвовать в регуляции того или иного процесса. Скорее речь должна идти об еще одном белке — рецепторе, который связывает ювенильный гормон и множит передаваемый им сигнал.

Еще более неопределенной остается проблема передачи сигнала старения внутри клетки периферической ткани — от клеточной поверхности, непосредственно взаимодействующей с ювенильным гормоном, к митохондриям. Это может быть, например, сам ювенильный гормон, если он проникает в клетку и достигает митохондрий. Есть указания, что, например, мелатонин концентрируется в митохондриях [102,201]. Однако неясно, как влияет мелатонин на уровень митохондриальных АФК. Это влияние, если и есть, вряд ли сводится к его способности действовать в качестве антиоксиданта: мелатонина просто не хватит, чтобы вызвать измеримое снижение АФК. Значит, надо думать о каком-то рецепторе мелатонина в митохондриях, передающем сигнал к снижению уровня АФК [23]. Такое снижение может быть результатом замедления образования митохондриальных АФК либо ускорения их обезвреживания. В пользу первого варианта говорит тот факт, что обнаружена отрицательная корреляция продолжительности жизни и скорости генерации АФК при обратном переносе электронов через комплекс I дыхательной цепи (см. выше рис. II.6.5.2). По нашим данным [318,164,320] и результатам Л. Шу-сена [198,197], генерация АФК при обратном переносе электронов пороговым образом зависит от величины мембранного потенциала (Δψ) на митохондриях. Так, снижение Δψ на 15 % ведет к десятикратному уменьшению генерации АФК, причем эффект не зависит от того, каким именно образом достигнуто снижение Δψ: добавлением АДФ (то есть включением окислительного фосфорилирования), малой дозой разобщителя-протонофора или ингибитором дыхания. Пороговая зависимость генерации АФК от Δψ была впоследствии подтверждена в других лабораториях [372,342]. Основываясь на этих наблюдениях, мы можем предположить, что при старении происходит повышение Δψ в митохондриях, и именно это обстоятельство увеличивает генерацию АФК при обратном переносе электронов [24]. В свою очередь, повышение Δψ может быть результатом уменьшения утечки Н+ через мембрану митохондрий. Этот процесс катализируется разобщающими белками и митохондриальными переносчиками анионов, облегчающими электрофорез анионов жирных кислот, то есть их движение изнутри митохондрий наружу (см. обзор [320]). Снаружи анионы жирных кислот протонируются и возвращаются назад в митохондриальный матрикс, неся протоны (разобщающий «жирнокислотный цикл» [317]). Активность жирнокислотного цикла может регулироваться либо белками-переносчиками анионов жирных кислот, либо концентрацией этих кислот в цитозоле. Соответственно, рост Δψ при старении может быть обусловлен либо снижением внутриклеточного уровня свободных жирных кислот, либо уменьшением активности белков-переносчиков (например, если предположить, что мелатонин как-то активирует перенос анионов жирных кислот этими белками).