М. Канунго - Биохимия старения

Что же тогда служит причиной снижения удельной активности и увеличения термолабильности ферментов, наблюдаемых я пожилом возрасте? Считают, что эти изменения могут появляться в результате незначительных посттрансляционных модификаций белков типа гликозилирования, метилирования и т. д., которые не меняют суммарного электрического заряда молекулы [30]. Это возможно в том случае, если увеличение с возрастом времени полужизни T ½ферментов обусловлено снижением скорости их деградации. В этом случае молекулы сохраняются дольше и в большей степени подвергаются действию трансфераз, трансаминаз и т. д. Величина T ½белков будет возрастать, если снижается активность протеаз. Следовательно, необходимо объяснить, почему в старческом возрасте снижается активность ферментов деградации типа протеаз. Таким образом, рассмотренные гипотезы (теория ошибок и посттрансляционных изменений) являются поверхностными, они не вскрывают основной причины старения.

Эта теория основана на предположении, что надежность трансляции в клетках зависит от точности считывания триплетных кодонов в молекуле мРНК. [2, 120, 121]. За точное считывание кодонов ответственны в основном тРНК и аминоацил-тРНК — синтетазы. Для кодирования двадцати аминокислот используется 61 триплетный кодон, причем генетический код является вырожденным, т. е. несколько аминокислот кодируются двумя или большим числом кодонов, которым соответствуют две или более изоакцепторных тРНК. Способность к аминоацилированию у разных изоакцепторных тРНК различна. Поэтому количественные изменения в спектре изоакцепторных тРНК могут влиять на скорость считывания и трансляцию. Используются те триплетные кодоны, для которых имеются в наличии соответствующие аминоацил-тРНК. Известно, что молекулы тРНК подвергаются посттранскрипционным модификациям оснований типа метилирования цитозина. Колебания степени этих модификаций могут влиять на аминоацилирование, а следовательно, и точность считывания кодонов мРНК во время трансляции.

Аминоацил-тРНК — синтетазы также играют большую роль в трансляции, так как они распознают соответствующие тРНК и нагружают их специфическими аминокислотами. Они существуют в виде изоферментов. Изменения их специфичности могут привести к неточному аминоацилированию тРНК, неправильному считыванию кодонов и включению неподходящих аминокислот, т. е. синтезу ошибочных белков. Таким образом, точность трансляции является ключевым фактором для сохранения нормальной активности клеток и нормального функционирования организма. Согласно рассматриваемой теории, после достижения половой зрелости может происходить потеря точности трансляции вследствие изменения тРНК и аминоацил-тРНК — синтетаз, что и является причиной старения.

Изменения изоакцепторных тРНК и аминоацил-тРНК — синтетаз возникают как при развитии, так и при старении. Семядоля сои полностью стареет за 21 день. Она содержит 6 изоакцепторных тРНК для Leu и 3 — для Tyr. Доля двух из этих шести тРНК Leuувеличивается между вторым и пятнадцатым днями. Содержание одной из изоакцепторных тРНК Tyrснижается в течение 15 дней, тогда как количество другой в этот период увеличивается. Одновременно изменяется активность лейцил-тРНК — синтетаз; через 21 день активность синтетазы по отношению к изоакцепторным тРНК 1–4 резко снижается, но скорость ацилирования изоакцепторных тРНК 5 и. 6 остается высокой.

Количественные изменения изоакцепторных тРНК Argи тРНК Tyrпроисходят во время старения свободноживущей нематоды Turbatrix aceti [101]. Айлен и др. [53] наблюдали изменения тРНКTyr и тРНК Leuи соответствующих синтетаз в период развития насекомого Tenebrio molitor . Исследования Хосбаха и Кабли [51] показали, что тРНК, выделенные из 35-дневной Drosophila melanogaster , аминоацилируются хуже, чем тРНК, выделенные из, 5-дневных насекомых. Кроме того, аминоацилирующая активность некоторых синтетаз старых мух составляет только, 50 %. уровня, характерного для молодых особей. По крайней мере одна из изоакцепторных тРНК (для Arg, He, Leu и Lys) хрусталика глаза и мышцы быка в период развития приобретает. 2-3-кратное количественное преимущество [91]. Хроматографические профили тРНК Serи тРНК Phe, выделенных из головного мозга и почки эмбриона кролика, существенно отличаются от профилей соответствующих тРНК из тканей взрослых кроликов.

Печень плода крысы содержит 6 изоакцепторных тРНК Tyr, тогда как печень взрослого животного — только при [132]. Мейз и др. [81] обнаружили, что паренхиматозные клетки печени старых крыс содержат быстродеградирующую фракцию тРНК, которая отсутствует у крыс среднего возраста. К тому же тРНК старых крыс аминоацилируется хуже, чем тРНК из тканей животных среднего возраста, что может быть обусловлено различиями в их посттранскрипционных модификациях, особенно при метилировании оснований. При старении изменяется содержание изоакцепторных TPHK LysHTPHK Ser. Особое значение имеет увеличение содержания изоакцепторных TPHK Lysчетвертого типа у старых крыс.

Эндогенные факторы, например гормоны, изменяют профиль тРНК. Профили тРНК Ser, тРНК Argи TPHK Lysменяются в печени петуха после введения эстрогена [8, 11, 76]. Поскольку содержание гормонов, особенно стероидов, с возрастом меняется (гл. 5), параллельно могут происходить изменения в тРНК, что в свою очередь отражается на синтезе белка.

Существует много данных о том, что профили тРНК и аминоацил-тРНК — синтетаз подвергаются последовательным изменениям во время дифференцировки и развития. В соответствии с рассматриваемой теорией к старению могут приводить изменения в скорости синтеза или репрессии различных изоакцепторных тРНК и (или) аминоацил-тРНК — синтетаз, происходящие по окончании репродуктивного периода. Однако специфические тРНК транскрибируются со специфических генов так же, как и мРНК для специфических синтетаз. Изменение профилей изоакцепторных тРНК напоминает изменение состава изоферментов, наблюдающееся на протяжении всей жизни (гл. 3). Теория ограничения кодона не объясняет, какие факторы, ответственные за изменение экспрессии генов, способны изменить содержание тРНК и синтетаз, или какие факторы, ответственные за посттранскрипционные модификации тРНК, влияют на ее специфичность по отношению к синтетазам. Изменения функциональных молекул этих двух типов в течение жизни аналогичны изменениям изоферментов и, следовательно, также являются вторичными. Итак, данная теория так же, как и все предыдущие, не способна выявить причины старения.

Все эукариоты обладают двумя характерными особенностями: 1) их способность адаптироваться в естественных условиях постепенно снижается после достижения половой зрелости, 2) все представители вида имеют более или менее постоянную, продолжительность жизни (табл. 1.1). Более того, установлена корреляция между длительностью развития и долголетием. Старение нельзя рассматривать как изолированную и независимую фазу жизни; его следует оценивать в совокупности с периодом развития и репродуктивным периодом, так как эти два периода влияют не только на, продолжительность жизни, но и на скорость, длительность и характер процесса старения. В этой связи уместно разобраться в следующих вопросах.