Молекулярная биология, 2022, T. 56, № 2, стр. 181-205

ВВЕДЕНИЕ

Жить долго и счастливо – естественное стремление людей во все времена. Однако совсем недавно это стремление приблизилось к реальности благодаря двум обстоятельствам: научному прогрессу, позволяющему реально решать проблему долголетия, и нарастающей потребности общества в максимальной отдаче людей, достигших высшей квалификации в своем деле. В настоящее время создалась парадоксальная ситуация: Для того, чтобы достичь вершин знаний и опыта, необходимы 40–45 лет, и хорошо, если остается 15–20 “здоровых” лет, когда специалисты трудятся полноценно. Но именно их вклад определяет прогресс цивилизации, от которого в значительной степени зависит, можно ли избежать или преодолеть неизбежные в будущем глобальные катастрофы. Некоторые из них можно предсказать, опираясь на историю Земли, в которой были и глобальные потепления (до дневной температуры +70°С), и глобальные оледенения, когда Земля на миллионы лет превращалась в снежный шар, а также длившиеся сотни тысяч лет истечения лавы, столкновения Земли с крупными космическими телами и обнуления магнитного поля Земли. Эти катастрофы могут повториться в любой момент, а человечество к противостоянию им еще не готово. В пока еще далеком будущем добавятся необратимые явления, вызванные затвердением ядра и мантии Земли, инволюцией Солнца, а возможно, и столкновение галактик (подробно см. [1]). Для противостояния этим вызовам человечеству придется мобилизовать весь интеллектуальный потенциал, достойным вкладом в который станет оздоровление и значительное увеличение продолжительности жизни человека. Очевидным следствием станет увеличение длительности квалифицированного труда.

Современные теории старения, как правило, привязаны к определенным нарушениям метаболизма клетки, которые со временем становятся причиной ее гибели. К таким нарушениям относятся образование в митохондриях активных форм кислорода, вызывающих окислительный стресс [2–5], накопление нерепарированных повреждений ДНК [3, 6], исчерпание теломер [7, 8], нарушение эпигенетических модификаций [3].

Представленная в настоящем обзоре теория старения также основана на определенном нарушении метаболизма клетки, а именно, на нарушении транспорта макромолекул через оболочку клеточного ядра, обусловленного накоплением токсичного белка прогерина. Согласно представленной концепции, это нарушение влечет за собой уже упомянутые нарушения метаболизма, а накопление прогерина может оказаться базовой причиной старения клеток и всего организма.

Транспорт макромолекул из цитоплазмы в ядро и в обратном направлении осуществляется через поровые комплексы, вмонтированные в ядерную оболочку, образованную внутренней и внешней липидными мембранами.

Через поровые комплексы из цитоплазмы в ядро импортируются структурные белки и ферменты, а также рибосомные белки, которые входят в состав большой и малой субъединиц рибосомы, формирующихся в ядре. Эти крупные рибонуклеопротеиновые структуры через поровые комплексы переходят в цитоплазму, где из них собираются полные рибосомы. Из ядра в цитоплазму экспортируются также тРНК и мРНК, необходимые для синтеза белка на рибосомах.

Ядерно-цитоплазматический транспорт хорошо организован. Через ядерные поры в обоих направлениях курсируют транспортные молекулярные комплексы (экспортины и импортины) с грузом в одном направлении и “порожняком” обратно. При доставке груза из ядра в цитоплазму поступление энергии, необходимой при снятии груза, обеспечивает присутствующая в экспортине GTPаза (белок Ran), осуществляющая гидролиз ассоциированного с ним GTP до GDP с освобождением значительного количества энергии [9]. По возвращении в ядро GDP обменивается на GTP и транспортный цикл повторяется [10–12].

Белок с сигналом ядерной локализации связывается с импортином в цитоплазме и направляется в ядро, где к ним подключается RanGTP с последующим гидролизом GTP, и груз освобождается.

Чтобы выполнять свои функции, сложно устроенные ядерные поры должны сохранять форму и ориентацию, что возможно при определенной жесткости ядерной оболочки, в которую они вмонтированы.

Достаточную жесткость ядерной оболочке и округлую форму ядру придает плотное прилегание к оболочке периферийной области (ламины) фибриллярного ядерного матрикса [13], а также определенных участков хроматина. Вся эта конструкция фиксируется с помощью белков-скрепок.

Ранние исследования ядерного матрикса были проведены И.Б. Збарским и Г.П. Георгиевым [14]. Тогда же получили первые электронно-микроскопические снимки ядерного матрикса как гранулярно-фибриллярной структуры, заполняющей объем ядра [15].

В дальнейшем выявили фундаментальные функции ядерного матрикса как каркаса, организующего общее пространство, занимаемое хроматином в ядре, и его конформацию в форме закрепленных в матриксе петель [16]. В ядерном матриксе локализованы многокомпонентные ферментные комплексы, обеспечивающие выполнение таких функций, как репликация ДНК, репарация повреждений ДНК и транскрипция. Аппарат сплайсинга также закреплен в матриксе [17–20].

Очевидно, что размещение точек закрепления хроматина в ядерном матриксе строго детерминировано и скоординировано с локализацией указанных ферментных комплексов. Это возможно при условии высокоупорядоченной структуры самого ядерного матрикса.

Однако неповрежденный ядерный матрикс наблюдать не удается, поскольку для этого необходимо удалить из ядра все другие компоненты: растворимые белки и нуклеиновые кислоты. Кроме того, образцы (заключенные в смолу ультратонкие срезы), применяемые в электронно-микроскопических исследованиях, подвергаются жестким процедурам обезвоживания, обезжиривания и др. На таких срезах ядерный матрикс выглядит как малоупорядоченная сеть фибрилл, заполняющая весь объем ядра (рис. 1). На периферии плотность сети повышена. Этот периферийный слой ядерного матрикса, подстилающий оболочку ядра, именуется ламиной.

Рис. 1.

Ядерный матрикс (печень крысы). Ультратонкий срез, заключенный в аральдит. Х19000 [21].

Фибриллы, по-видимому, могут содержать РНК, так как РНКаза способна разрушить эту структуру [17, 20, 22, 23]. Однако в фибриллах ядерного матрикса преобладают белки, за которыми закрепилось название ламины [24]. Всего насчитывают четыре ламина: А, В1, В2 и С, молекулярные массы которых составляют 60–70 кДа. Молекулы ламинов имеют преимущественно фибриллярную структуру, в электронном микроскопе они выглядят, как палочки. Функционируют ламины, как правило, в форме димеров [25, 26].

Ламины А и С кодируются одним геном LMNA, состоящим из 12 экзонов. Все они входят в состав мРНК преламина А. В результате альтернативного сплайсинга образуется мРНК ламина С, содержащая первые 10 экзонов [27]. Ламины В1 и В2 близки по составу, но кодируются отдельными генами.

Ламины образуют два типа фибрилл, формирующих ядерный матрикс. В состав фибрилл одного типа входят ламины А и С, фибриллы другого типа содержат ламины В1 и В2 [13].

В норме периферийная область ядерного матрикса (ламина) не только плотно прилегает к ядерной оболочке (подстилает ее), но во многих точках прикреплена к ней с помощью белков, интегрированных во внутреннюю мембрану ядерной оболочки. Фибриллы, сформированные ламинами А и С, связываются с интегрированными белками, которые имеют также выход в цитоплазму, где взаимодействуют с цитоплазматическими промежуточными фибриллами [28, 29]. Фибриллы, состоящие из ламинов типа В, связаны со встроенными во внутреннюю мембрану ядерной оболочки молекулами рецептора ламина В (lamin B receptor, LBR). С-концевые гидрофобные домены LBR интегрированы во внутреннюю мембрану ядерной оболочки без выхода в цитоплазму, тогда как N-концевой гидрофильный участок LBR (более 200 аминокислотных остатков) выступает в нуклеоплазму, где связывается с фибриллами, образованными ламинами В, а также с хроматином, который оказывается “подтянутым” к ядерной оболочке [30–34].

Предваряя дальнейшее обсуждение, необходимо отметить, что состав и структура ядерного матрикса не стандартны, они могут существенно различаться в клетках разного типа и на разных стадиях развития. Так, в активно делящихся эмбриональных стволовых клетках ламины А/С (точнее фибриллы, сформированные этими ламинами) практически отсутствуют. Они появляются, когда клетки вступают в дифференцировку [35, 36] и играют в этом процессе ключевую роль, направляя его в нужное русло [37]. Наглядно роль ламинов А/С в процессе дифференцировки показана на примере мезенхимальных стволовых клеток [38]. Эти мультипотентные клетки были выделены из костного мозга молодых мужчин и выращены in vitro. Путем трансфекции в эти клетки вносили либо активно экспрессируемый ген LMNA (повышение синтеза ламинов А/С и их содержания в ядерном матриксе), либо малые интерферирующие РНК, подавляющие экспрессию гена LMNA (снижение содержания ламинов А/С в ядерном матриксе).

Оказалось, что в первом случае мезенхимальные стволовые клетки дифференцируются преимущественно в костные клетки (остеобласты), а во втором – в жировые клетки (адипоциты). Механизм воздействия ламинов А/С на дифференцировку окончательно не установлен [37], но предложена его версия [38], основанная на том факте, что при повышении в ядерном матриксе содержания ламинов А/С возрастает содержание в ядре β-катенина – внутриклеточного компонента сигнальной системы Wnt/β-катенин, способствующей дифференцировке [39]. Секретируемый компонент этой системы – белок Wnt – воздействует на рецепторы подлежащих дифференцировке стволовых клеток. По сигналу, переданному рецептором в цитоплазму, находящийся там β-катенин, ассоциированный с определенными факторами транскрипции, транспортируется в ядро, где под действием экзогенных транскрипционных факторов происходит активация генов, направляющих дифференцировку в русло образования остеобластов. В этой схеме много белых пятен. В частности, не ясна роль ламинов А/С в поступлении β‑катенина в ядро. Учитывая это, можно предположить, что в данном случае имеет значение обогащение периферической области ядерного матрикса фибриллами, сформированными из ламинов А/С, которые через линкерные белки, интегрированные в ядерную оболочку, связаны с цитоплазматическими промежуточными фибриллами, служащими транспортными артериями. Каким-то образом эта система ядерных и цитоплазматических фибрилл способствует проникновению в ядро β-катенина и сопровождающих его факторов транскрипции.

С возрастом содержание ламинов А/С в ядерном матриксе клеток костного мозга снижается [40]. Соответственно, меньшее количество β-катенина и ассоциированных с ним факторов транскрипции поступает в ядро, вследствие чего путь адипоцитарной дифференцировки стволовых клеток становится все более вероятным. Именно этим объясняется развитие у пожилых людей остеопороза (снижение прочности и объема костной ткани, замещаемой жировой тканью), приводящего к повышению хрупкости костей, тяжелым переломам при безобидных в молодости падениях.

Таким образом, очевидна ключевая роль ядерного матрикса, сформированного из ламинов, в клеточном метаболизме. Поэтому разрушение этой сложной конструкции не пройдет бесследно для жизнедеятельности клетки и может привести к ее гибели. С мутациями в гене LMNA, кодирующем ламины А и С, связаны более 10 серьезных заболеваний, получивших общее название ламинопатии [41, 42]. Мы рассмотрим одно из таких заболеваний, имеющее прямое отношение к теме этой статьи.

СИНДРОМ УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ (ПРОГЕРИЯ)

Ускоренное старение, или синдром прогерии Хатчинсона–Гилфорда (Hutchinson–Gilford progeria syndrome, HGPS) –редкое (один случай на 4 млн новорожденных), но тяжелое заболевание, при котором признаки старения проявляются через несколько месяцев после рождения. Больные прогерией живут не более 15 лет. За это время они проходят все периоды жизни человека (рис. 2). Смерть наступает, как правило, из-за отказа сердечно-сосудистой системы [43–45].

Рис. 2.

Больные прогерией дети 6 и 15 лет . Перепечатано из [43] с разрешения издательства.

Причиной прогерии является точечная мутация в гене LMNA (экзон 11; с.1824C> T), возникшая в линии половых клеток одного из родителей. Эта мутация не передается по наследству из-за того, что ее носители старятся и умирают в детском возрасте.

Указанная мутация стимулирует (делает узнаваемым для сплайсинга) скрытый (криптический) сайт сплайсинга в экзоне 11 первичного транскрипта гена LMNA.

мРНК ламина С содержит 10 первых экзонов и кодирует ламин С, а мРНК ламина А состоит из 12 экзонов. В норме эта мРНК кодирует предшественник ламина А (преламин А), который проходит несколько этапов процессинга, прежде чем превратиться в зрелый ламин А. Один из этапов образования зрелого ламина А – осуществляемое фарнезилтрансферазой присоединение к остатку цистеина вблизи С-конца преламина А гидрофобной молекулы, состоящей из трех звеньев изопрена. Этот процесс (изопренилирование, фарнезилирование) характерен для белков, которым предстоит функционировать в контакте с липидными структурами клетки. В норме на заключительном этапе процессинга протеиназа Zmpste24 “отрубает” С-концевую область (15 аминокислотных остатков) с фарнезилированным остатком цистеина, образуя зрелый ламин А (рис. 3а).

Рис. 3.

Схемы нормального процессинга преламина А с образованием зрелого ламина А (а) и аберрантного процессинга укороченного (мутантного) преламина А с образованием прогерина (б).

В сплайсинге первичного транскрипта гена LMNA с мутацией с.1824C>T участвует не обычно используемый, а криптический сайт в экзоне 11, вследствие чего этот экзон становится короче на 150 нуклеотидных звеньев. Соответственно, в мутантном преламине А отсутствует участок из 50 аминокислотных остатков вблизи C-конца [46, 47]. Но именно в этом участке расположен сайт, по которому в норме протеиназа Zmpste24 отрезает С-концевую область, содержащую фарнезилированныый цистеин. Поэтому из мутантного преламина А не образуется зрелый ламин А, а сохраняется фарнезилированный С-концевой остаток цистеина (рис. 3б). Эта молекула получила название прогерин [48, 49].

Прогерин, в отличие от зрелого ламина А, не способен участвовать в формировании фибрилл. Поступившие в ядро молекулы прогерина, используя присутствующую в них гидрофобную олигоизопреновую цепочку как якорь, закрепляются на внутренней мембране ядерной оболочки. При этом основная часть палочкообразной молекулы прогерина находится вне мембраны. Связываясь с мембраной, молекулы прогерина оттесняют периферийные фибриллы ядерного матрикса (ламину) и край хроматина, нарушая их контакт с ядерной оболочкой (рис. 4). Из-за этого нарушается вся система внутренней организации клеточного ядра [50–56].

Рис. 4.

Фрагменты ядерной оболочки. а – Не поврежденная ядерная оболочка, которую подстилают изнутри фибриллы ядерного матрикса и периферия хроматина. б – Ядерная оболочка ослаблена вмешательством прогерина, оттеснившего от нее фибриллы ядерного матрикса и периферию хроматина.

Недавно обнаружен также негативный эффект взаимодействия прогерина с ламином А [57]. Можно предположить, что “прилипание” прогерина к фибриллам, сформированным ламинами А и С (рис. 4), способствует их удалению от ядерной оболочки. Показано, что прием ингибитора такого взаимодействия (прогеринина) существенно увеличивал продолжительность жизни мышей, моделирующих прогерию [57].

Ядерная оболочка, лишившись опоры, теряет прочность, а само ядро утрачивает форму, сморщивается, материал в нем перераспределяется. Эти нарушения наблюдали многие авторы, используя обычную и иммунофлуоресцентную микроскопию (рис. 4а) [46, 58–62]. При этом нарушается конструкция и ориентация вмонтированных в ядерную оболочку поровых комплексов, проходимость которых снижается.

Именно нарушение ядерно-цитоплазматиоческого транспорта влияет и на другие метаболические процессы, от которых зависит состояние клетки. Следует заметить, что мы не касаемся случаев, когда транспорт через ядерную оболочку полностью заблокирован. Такая ситуация возможна при достаточном накоплении прогерина, но это означает скорую гибель клетки. Рассмотрена промежуточная ситуация, когда транспорт замедлен, пропорции искажены, но процесс не остановлен.

Наиболее существенно может тормозиться транспорт крупных частиц, таких как субъединицы рибосом и мРНК, что приводит к снижению синтеза белков до уровня, не способного обеспечить своевременную замену вышедших из строя белков на вновь образованные. Вследствие нарушения синтеза белков и их транспорта в ядро при прогерии существенно изменяется состав ядерных белков, что подтверждено прямым определением и сравнением с составом в нормальных клетках [63]. Эти же причины лежат в основе нарушения системы белков, участвующих в ядерно-цитоплазматическом транспорте (белки поровых комплексов, транспортные молекулы и энергоносители), что делает этот транспорт еще более дефектным.

Снижение синтеза белков при прогерии отражается на всех процессах, происходящих в цитоплазме, но наиболее ярко это проявляется в нарушении работы митохондрий, где происходит синтез АТР. В качестве побочных продуктов при этом образуются активные формы кислорода, пероксиды, свободные радикалы. В митохондриях функционируют антиоксидантные системы, нейтрализующие эти активные радикалы.

В норме антиоксидантные системы справляются с этой задачей, и количество активных форм кислорода, избежавших нейтрализации, незначительно. Соответственно, системы утилизации поврежденных клеточных структур – протеасомы и аутофагия – успевают освобождать клетки от “хлама”, благодаря чему их жизнедеятельность не нарушается.

Однако при прогерии приток антиоксидантных систем в митохондрии ослаблен. Вследствие этого в клетках накапливаются активные формы кислорода, которые окисляют белки, липиды, нуклеиновые кислоты (окислительный стресс) [64–67], и системы утилизации не справляются с возросшей нагрузкой. Ситуация усугубляется тем, что сами эти системы подвергаются атакам активных форм кислорода, а скорость их обновления, как и других клеточных структур, снижена. Скопление поврежденных макромолекул ускоряет гибель клеток.

Прогерин, как уже сказано, оттесняет хроматин от точек закрепления на ядерной оболочке. Это нарушает конформацию периферии хроматина. Стандартно периферия хроматина находится в конденсированном состоянии (в конформации гетерохроматина) [68]. В этих условиях ДНК надежно защищена от внешних воздействий. При прогерии эта компактная конформация нарушается. К изменению архитектуры хроматина приводит также нарушение притока из цитоплазмы гистон-метилтрансферазы [69, 70]. В результате ДНК оказывается более доступной для деградирующих воздействий.

Значительную долю ДНК на периферии хроматина составляют теломеры, располагающиеся на концах хромосом. Теломеры, образованные множественными повторами, состоящими из шести нуклеотидов TTAGGG, сокращаются с концов на несколько звеньев при каждом акте репликации хромосомной ДНК, предотвращая деградацию кодирующих генов [6, 71].

Сокращения теломер при репликации ДНК линейных хромосом неизбежны. Их можно считать плановыми, и клетки организма к ним приспособлены. Так, вступившие в дифференцировку эмбриональные клетки имеют теломеры, размер которых достаточен для прохождения числа клеточных циклов, позволяющих достичь состояния терминально дифференцированных (специализированных) клеток.

В области теломер происходят не только плановые (репликативные) сокращения концов хромосом, но, как и в других областях хромосом, возникают случайные повреждения ДНК, в том числе, двухцепочечные разрывы. В нормальных условиях системы репарации, присутствующие в клеточном ядре, ликвидируют эти повреждения, поддерживая жизнеспособность клетки. Однако при прогерии ситуация многократно ухудшается.

Вследствие нарушения компактной конформации периферии хроматина учащаются повреждения теломерной ДНК как активными формами кислорода (окислительный стресс), так и нуклеазами [72].

Среди возможных воздействий на ставшие доступными теломеры отметим транскрипцию [7, 73]. Транскрипты берут начало в субтеломерной области хромосомной ДНК и распространяются в область теломер при отсутствии определенной точки терминации. Поэтому транскрипты теломер представляют собой набор гетерогенных по размеру длинных некодирующих РНК (lncRNA). Присутствие этих РНК подавляет активность теломеразы [74, 75]. К тому же процесс транскрипции теломер активирует экзонуклеазу, деградирующую теломеры [76]. Ситуация усугубляется как нарушением ядерно-цитоплазматического транспорта, вызванным сокращением поступления белков из цитоплазмы, в том числе, входящих в состав теломеразы, так и усиленным воздействием на теломерную ДНК активных форм кислорода.

В результате всех этих “внеплановых” воздействий происходит ускоренное сокращение теломер и кодирующие гены оказываются близко к концу хомосомы. Это приводит к преждевременной остановке клеточного цикла и возможной гибели клетки [77, 78].

При прогерии очевидной базовой причиной событий, ведущих к гибели клеток и старению организма, является накопление в клеточных ядрах прогерина [65]. Следовательно, противостоять следует именно накоплению прогерина. Существуют два очевидных подхода к решению этой проблемы: воспрепятствовать образованию прогерина, либо очистить клетки от уже образованного прогерина. В исследованиях с использованием модельных животных (мышей) и культур клеток больных прогерией уже получены определенные результаты. Эффективными показали себя ингибиторы фарнезилтрансферазы, уже применявшиеся ранее в онкологии с целью инактивации онкобелка Ras, активируемого при фарнезилировании. На модельных животных, культурах фибробластов больных прогерией, а также на культуре клеток HeLa, несущих конструкции, продуцирующие прогерин, показано, что подавление активности фарнезилтрансферазы улучшает состояние клеток. В частности, применение лонафарниба (lonafarnib) и золедроната (zoledronate) как самостоятельно, так и в комбинации с другими агентами, например, с правастатином (pravastatin), позволяет ядру принять правильную форму и нормализует клеточный метаболизм [49, 65, 79–88]. Получены данные, свидетельстующие, что аналогичным действием обладают некоторые аминопиридины [89].

Лонафарниб опробован также на группе детей, больных прогерией. Согласно предварительным результатам, систематический прием этого ингибитора фарнезилтрансферазы в течение 2 лет снизило смертность больных прогерией детей более чем в 3 раза по сравнению с больными прогерией детьми того же возраста, не принимавшими этот препарат [90].

Однако следует иметь в виду, что фарнезилирование – это модификация, необходимая для функционирования ряда белков, участвующих в клеточном метаболизме. К ним относится и преламин А, фарнезилирование которого входит в схему процессинга, в результате которого образуется ламин А. Поэтому использование такого подхода может быть сопряжено с неприемлемыми побочными эффектами. Возможно, по этим причинам предпринятые несколько лет назад клинические испытания с применением ингибиторов фарнезилирования еще не завершены [62, 91].

Разрабатываются также подходы к лечению прогерии, направленные на предотвращение образования несущего делецию преламина А, а следовательно, и прогерина. В первую очередь, такой подход может быть осуществлен на уровне мРНК.

С этой целью применяют синтетические антисмысловые олигонуклеотиды, которые содержат те же азотистые основания, что и природные нуклеиновые кислоты, но в остальные элементы внесены изменения, защищающие олигонуклеотид от действия нуклеаз, но не препятствуют их комплементарному связыванию с природными нуклеиновыми кислотами. Обычно к олигонуклеотиду прикрепляют молекулу-проводника, облегчающую проникновение олигонуклеотида в клетку. В организм препарат вводят путем внутривенной инъекции. О результате такого эксперимента судят по состоянию легкодоступных для исследования фибробластов кожи пациентов или экспериментальных животных. Этот прием можно применить к мРНК преламина А с делецией. Олигонуклеотид должен быть комплементарен специфичному для этой мРНК участку на стыке концов делетированной области. “Прилипший” олигонуклеотид не позволит осуществить синтез белка.

На практике образование прогерина предотвращалось на уровне сплайсинга. В этом случае задача антисмыслового олигонуклеотида состояла в том, чтобы перекрыть измененный сайт сплайсинга экзона 11 в первичном транскрипте мутантного гена LMNA, что будет препятствовать образованию “неправильного” разрыва при сплайсинге.

Это воздействие антисмыслового олигонуклеотида существенно улучшало состояние клеток: содержание прогерина в них снижалось. При этом ядро принимало правильную форму, восстанавливались модификациии гистонов в гетерохроматине, возобновлялось нормальное функционирование генов и т.д. [92, 93]. Такой подход считается перспективным и в настоящее время [94–96]. Очевидную проблему представляет необходимость внедрения антисмысловой конструкции, если не во все, то в большинство клеток организма.

Для уменьшения продукции прогерина у носителей соответствующей мутации в гене LMNA предложен подход, основанный на снижении активности гена LMNA при взаимодействии с его промотором транс-изомера ретиноевой кислоты (производное витамина А). Совместное применение транс-ретиноевой кислоты и рапамицина показало высокую эффективность восстановлении нормального фенотипа фибробластов, полученных от больных прогерией [97].

Установлено, что витамин D улучшает морфологию ядер в культурах клеток, взятых у больных прогерией. При этом количество прогерина существенно уменьшается, по-видимому, вследствие снижения активности гена LMNA [98].

Все чаще рассматривают возможность применения генной терапии при прогерии [62, 99–101]. Речь идет о редактировании мутантного гена LMNA с целью коррекции описанной точечной мутации. За основу применяемой с этой целью конструкции принята одна из бактериальных систем, предназначенных для разрушения проникшей в клетку чужой ДНК, главным образом, фаговой. В геноме бактерий присутствует домен, содержащий сегменты, гомологичные участкам возможных “вражеских” ДНК. Транскрипты этих сегментов в комплексе с нуклеазой выявляют проникшую в клетку гомологичную ДНК, связываются с нею, предоставляя возможность нуклеазе приступить к работе – деструкции чужеродной (фаговой) ДНК [102, 103]. В клетках эукариот подобных систем нет, но если их встроить в эукариотические клетки, то они могут в них функционировать.

В интересующем нас случае конструкция CRISPR/Cas9, заимствованная у бактерий Streptococcus pyogenes, несет гидовую РНК (guiding RNA; gRNA), содержащую сегмент, гомологичный целевому (содержащему мутацию) участку в экзоне 11 гена LMNA. Эта РНК должна связаться с гомологичным участком ДНК и предоставить эндонуклеазе Cas9 возможность произвести в нем двухцепочечные разрывы. Эти разрывы могут быть ликвидированы системами репарации клетки с образованием делеций, что приведет к сдвигу рамки в транскрипте, изменяющем состав последующих кодонов. Поэтому белковые продукты обработанных таким способом мутантных генов LMNA будут иметь на С-конце совсем иные аминокислотные остатки и фарнезилирование не произойдет. Скорее всего, эти белки подвергнутся гидролизу. Указанные манипуляции не затрагивают ламин С, ограниченный первыми 10-ю экзонами, поэтому он образуется в нормальных количествах.

Полученные результаты умеренно позитивны. После внесения указанной конструкции в клетки (фибробласты), полученные от мышей, моделирующих прогерию, и от больных прогерией, клеточное ядро приобретает нормальную форму, что предполагает восстановление метаболизма. Инъекции той же конструкции мышам, моделирующим прогерию, увеличили продолжительность их жизни на 25% [101]. Методически близкое и по полученным результатам исследование проведено параллельно другой группой [99].

Следующим этапом предотвращения образования прогерина при прогерии должно стать истинное редактирование несущего мутацию гена LMNA, т.е. возвращение его к дикому типу. Предполагалось, что в описанную выше конструкцию внесут немутантную ДНК, которая в процессе репарации двухцепочечных разрывов заместит гомологичный мутантный вариант [104].

На практике реализован вариант, не требующий внесения разрывов в ДНК [105]. С этой целью в приведенную выше конструкцию вместо эндонуклеазы Cas9 внесен фермент, способный дезаминировать аденин в составе ДНК [106]. Образующийся при этом гипоксантин (соответствующее звено в ДНК – инозин) узнается при репликации как гуанин. В результате восстанавливается немутантная пара G-C. Согласно [105], в культуре фибробластов, принадлежавших больным прогерией, такое редактирование охватывало до 91% клеток. Морфология ядер в этих клетках нормализовалась. Введение того же препарата мышам, моделирующим прогерию, вдвое увеличивало срок их жизни. Очевидно, что эффективность лечения прогерии будет зависеть от числа клеток в органах и тканях, в которых осуществлено искомое редактирование. Проблемой могут оказаться терминально дифференцированные специализированные клетки органов и тканей, прекратившие репликацию хромосомной ДНК, ибо без репликации ДНК возврат к дикому типу не может быть завершен.

Описанные выше подходы направлены на предотвращение образования прогерина, но ни один из них не выполняет эту задачу полностью. Поэтому актуальной остается проблема уничтожения уже образовавшегося и накапливающегося в клетках прогерина. Оказалось, что эта задача выполнима. Такой вывод следовал из результатов, полученных с применением антибиотика рапамицина и его аналогов (эверолимуса и других), которые воздействуют на метаболизм клеток млекопитающих. Эти антибиотики используются при трансплантации органов в качестве иммунодепрессантов. Показано также действие рапамицина при нейродегенеративных заболеваниях [107, 108].

Для обсуждения проблемы старения важно отметить способность рапамицина вступать в контакт с серин-треониновой киназой mTOR (mechanistic Target Of Rapamycin) [109–112]. mTOR является ключевым элементом инициируемого инсулином “каскада старения”, контролируя многие процессы жизнедеятельности клетки [51, 113]. В частности, mTOR подавляет аутофагию [113, 114]. В этой системе очистки клетки от вредящих ей структур, в том числе белков, ферменты, осуществляющие деструкцию, заключены в липидные пузырьки (липосомы), куда доставляются подлежащие уничтожению структуры [115–120]. Важным открытием стал тот факт, что к таким “вредным” структурам аутофагия может причислить и прогерин. Подавляя активность киназы mTOR, рапамицин активирует аутофагию, чем способствует очистке клеток от прогерина [60, 121].

В присутствии рапамицина в культуре фибробластов кожи больного прогерией наблюдается визуальная нормализация клеточного ядра (рис. 5) и, по крайней мере частично, восстанавливается ядерно-цитоплазматический транспорт макромолекул, что проявляется в нормализации эпигенетических процессов (модификации ДНК и гистонов) [60, 122]. Эта инициированная активацией аутофагии цепочка восстановительных процессов приводит к оздоровлению организма и отдалению его старения [123–125].

Рис. 5.

Иммунофлуоресцентная микроскопия ядер в культуре фибробластов, взятых у больного прогерией. а – Контрольная культура (без применения лекарственного средства). б – В культуру в течение 14 дней вносили рапамицин. Красный цвет – антитела к тубулину. Зеленый цвет – антитела к ядерным белкам ламинам А/С. Масштабная линия – 10 мкм [60]. Перепечатано из [60] с разрешения издательства.

Создается впечатление, требующее, однако, дополнительных доказательств, что аутофагия, как система очистки, начинает узнавать прогерин как своего “клиента” только после ее активации рапамицином, хотя и без того данная система эффективна в отношении других “испорченных” структур. Возможно, под действием рапамицина активируются некие дополнительные элементы системы аутофагии, благодаря чему прогерин распознается как структура, подлежащая уничтожению.

Сходным с рапамицином действием обладает антиоксидант сульфорафан (sulforaphane). Это содержащее серу органическое соединение растительного происхождения в наибольшем количестве присутствует у крестоцветных, особенно у брокколи. Под влиянием сульфорафана в фибробластах, полученных от больных прогерией, повышалась эффективность аутофагии и происходила очистка этих клеток от прогерина. Хорошего эффекта удалось добиться при последовательном (раздельном) применении сульфорафана и лонафариба – ингибитора фарнезилтрансферазы [63, 126].

Очисткой клеток от поврежденных белков занимаются также протеасомы – органеллы, содержащие наборы протеолитических ферментов [127, 128].

Блокирование протеасомного пути с помощью пептидного ингибитора протеасом MG132 не ухудшило очистку от прогерина фибробластов, взятых у больных прогерией. Следовательно, протеасомы не участвуют в утилизации прогерина. Более того, оказалось, что подавление протеасомного пути очистки клеток приводит к активации аутофагии. Показано также, что внесенный в клетки MG132 препятствует действию факторов сплайсинга SRSF1 и SRSF-5 (Serine/arginine-rich splicing factor), которые содействуют использованию “скрытого” сайта при сплайсинге первичного транскрипта гена LMNA с образованием впоследствии прогерина. Таким образом, введение MG132 оказывает двойной эффект: усиливает очистку клеток от прогерина и снижает его синтез. В результате, как и при применении рапамицина, наблюдается нормализация формы и морфологии клеточного ядра [129, 130].

В настоящее время предложено значительное число веществ и схем их применения при прогерии [62, 87, 130]. На клеточных культурах и моделирующих прогерию мышах испытывают как отдельные вещества, так и их комбинации, направленные на максимальное снижение содержания прогерина в клетке, нормализации таким образом структуры ядра и транспорта через его оболочку. Клинические испытания должны окончательно выявить наиболее эффективные и безопасные из них.

ЕСТЕСТВЕННОЕ СТАРЕНИЕ И ПРОГЕРИН

Принципиально важным стало обнаружение прогерина в клетках здоровых людей, причем с возрастом прогерин накапливается [44, 49, 131–134]. Это означает, что существует возможность (с малой, но конечной вероятностью) ошибочного использования “скрытого” сайта сплайсинга в экзоне 11 гена LMNA дикого типа, вследствие чего образуется мРНК не преламина А, а предшественника прогерина. У людей в возрасте около 80 лет количество прогерина составляет примерно 1% от содержания нормального (зрелого) ламина А, что, казалось бы, немного, но локализация прогерина вблизи ядерной оболочки может оказаться причиной нарушения ее контакта с фибриллами ядерного матрикса и с хроматином со всеми последствиями, наблюдаемыми при прогерии. Разница в том, что в этом случае прогерин накапливается медленнее, а нарушения клеточного метаболизма нарастают не столь резко. Такая трактовка делает накопление прогерина важной, если не определяющей, причиной старения и в отсутствие прогерии.

Существенно также, что в клетках сохраняется некоторое количество преламина А, избежавшего воздействия протеиназы Zmpste24 и поэтому сохранившего С-концевой остаток цистеина, несущий гидрофобную цепочку (рис. 3). По своим свойствам, в том числе по способности связываться с внутренней мембраной оболочки ядра и, следовательно, по токсичности преламин А практически не отличается от прогерина. Мыши, у которых нарушена функция протеиназы Zmpste24 и потому не может быть завершен процессинг преламина А, имеют такие же признаки раннего старения, как и мыши, моделирующие прогерию [135–137].

Обнаружение прогерина у людей без прогерии позволяет предположить, что и в этом случае, уже касающемся каждого человека, все нарушения метаболизма, ведущие к старению, имеют то же происхождение, что и при прогерии – накопление в клеточных ядрах прогерина и фарнезилированного преламина А. Вызванные этим структурные изменения в ядре и нарушения ядерно-цитоплазматического транспорта приводят к нарушениям клеточного метаболизма, приводящим к гибели клеток. Это указывает также на отсутствие принципиальных различий между естественным старением и прогерией. Разный темп старения определяется различиями в скорости накопления прогерина в клеточных ядрах.

Приведем ряд доводов, подтверждающих эту гипотезу.

(а) У “естественно” состарившихся людей клеточные ядра имеют такие же нарушения формы и морфологии, как и у больных прогерией “состарившихся” детей [44] (рис. 6б).

Рис. 6.

Нарушение формы и морфологии клеточного ядра при “естественном” старении. а – Ребенок, 9 лет; б – престарелый человек, 96 лет; в – ребенок, больной прогерией. Иммунофлуоресцентная микроскопия. Использованы антитела к ламину А. Масштабная линия – 10 мкм. Перепечатано из [44] с разрешения издательства.

(б) Потенциал рапамицина как средства, продлевающего жизнь, впервые был показан на мышах без прогерии (животным начинали давать рапамицин после 300 дней жизни) [138]. Как и при прогерии, рапамицин блокирует в “каскаде старения” киназу mTOR, благодаря чему возрастает активность аутофагии и улучшается очистка клеток от прогерина. Это позволяет ядру поддерживать транспорт через его оболочку. Вследствие нормализации метаболизма клетки дольше сохраняют стабильность, что на уровне организма проявляется в продлении жизни.

В разное время титул “эликсир долголетия” присуждали и другим веществам, а именно, полифенолу ресвератролу [139–142], полиамину спермидину [143, 144], метформину [118, 145]. Примечательно, что все они активируют аутофагию, а следовательно, и очистку клеток от прогерина. Голодание, приводящее к увеличению длительности жизни, также активирует аутофагию [146, 147], как и регулярные физические упражнения [148]. Естественно, сказанное нельзя считать прямым доказательством главной роли удаления прогерина, так как аутофагия очищает клетку и от других молекул и надмолекулярных структур, например, от ставших непригодными митохондрий. Однако очистка клеток от прогерина может в значительной степени предотвратить образование других токсичных форм.

Важно отметить, что существуют вещества, не подавляющие киназу mTOR, а, наоборот, повышающие ее активность. К таким веществам относятся некоторые аминокислоты, в первую очередь, метионин. В опытах на животных установлено, что добавка к пище метионина вредна для здоровья и сокращает жизнь. Отсюда и изменение отношения к белковой диете – от положительного к весьма настороженному [149]. Негативное действие метионина следует объяснить снижением активности аутофагии под действием комплекса, включающего активированную киназу mTOR. Ослабление аутофагии означает накопление в клетках веществ, подлежавших утилизации, в том числе прогерина, нарушает метаболизм клеток и ведет к их гибели.

Известно позитивное воздействие на организм аминокислоты глицина. Одно из свойств глицина – способность стимулировать фермент, деметилирующий метионин [149]. Поэтому прием глицина может в значительной степени компенсировать вредные последствия белков. Кстати, в растительных белках метионина меньше, чем в животных.

(в) Можно задать вопрос, почему прогерин не накапливается в поколениях, а в каждом новом организме все начинается с чистого листа. Дело в том, что у эмбриональных клеток, способных, благодаря действию теломеразы [150], к бесконечному делению, ген LMNA, кодирующий ламины А и С, не активен. Следовательно, фарнезилированным предшественникам ламина А взяться неоткуда. Ген LMNA активируется только тогда, когда эмбриональные стволовые клетки превращаются в зрелые стволовые клетки, в которых отсутствует теломеразная активность, и за ограниченное число делений они должны стать дифференцированными по типу окружающих их специализированных клеток данного органа [35, 36, 151]. Половые клетки относятся к эмбриональным. В них ген LMNA не активен и фарнезилированные предшественники ламина А не накапливаются. Соответственно, нет их в зиготе и в ранних эмбрионах вплоть до начала формирования органов, связанных с образованием зрелых стволовых и дифференцированных клеток. Можно сказать, что эволюция умело провела корабль жизни между Сциллой и Харибдой, управляя геном LMNA так, что существование человечества не ограничивается во времени и числе поколений, а у отдельных личностей срок жизни ограничен, в первую очередь, вследствие накопления прогерина в клетках их органов и тканей.

(г) При прогерии происходит быстрое физическое старение, но интеллект не затрагивается [62, 100, 152–154]. То же наблюдается у людей, не страдающих прогерией. Если сравнить людей в возрасте 17–25 и 60 лет, то очевидно различие их физических, но не интеллектуальных возможностей. Даже очень пожилые физически немощные люди могут обладать “светлым умом”.

Объяснить эту особенность интеллекта позволили данные, засвидетельствовавшие практическое отсутствие ламина А в нервных клетках (нейроны, глия), при том что ламин С присутствует в нормальном количестве [155]. Присутствие ламина С означает, что ген LMNA функционирует, как и система сплайсинга.

В исследованиях, проведенных на мышах, в том числе моделирующих прогерию [152, 155], установлен следующий механизм этого явления.

В некодирующей области мРНК преламина А и прогерина содержится участок, образующий комплекс со специфичной для нервных клеток микроРНК miR-9. Этот комплекс блокирует взаимодействие мРНК с рибосомой, вследствие чего преламин А и прогерин не образуются. Логично предположить, что благодаря их отсутствию нервные клетки нормально функционируют значительно дольше других клеток. Многие нейроны сохраняются в течение всей жизни организма [156]. Это обеспечивает целостность нейронных сетей, что может оказаться важным условием длительного сохранения памяти.

Нервные клетки можно получить нетрадиционно путем направленной дифференцировки мультипотентных клеток, происходящих из соматических клеток (фибробластов) больных прогерией. Интересно, что в них, как и в нервных клетках, активируется синтез miR-9, блокирующей синтез преламина А и прогерина [153].

Казалось бы, все ясно: нервные клетки сохраняют нормальный метаболизм благодаря тому, что в них не накапливаются фарнезилированные белки-предшественники ламина А. Однако дальнейшие эксперименты ситуацию осложнили.

Значение отсутствия прогерина для длительного сохранения нормального метаболизма нервных клеток изучали на линии мышей (HG-C), которые продуцировали мРНК прогерина, лишенную участка, с которым связывается miR‑9, благодаря чему в нейронах, как в других клетках, синтезируется прогерин [157]. Ожидаемый эффект токсичности прогерина проявился в нейронах периферической нервной системы, но не в центральной нервной системе, нервные клетки которой сохранили нормальный метаболизм.

Полученные результаты, из которых следовало, что нервные клетки центральной нервной системы (но не периферической) имеют дополнительный механизм защиты, направленный на нейтрализацию фарнезилированных предшественников ламина А в нервной клетке, удивили самих авторов. Ими отмечено также, что у мышей, моделирующих прогерию, помимо центральной нервной системы есть другие ткани (печень, почки), в клетках которых присутствие прогерина не препятствует их функционированию [157]. Очевидно, что клетки этих тканей, в отличие от фибробластов, мышечных клеток и ряда других, обладают свойствами, препятствующими проявлениям токсичности фарнезилированными предшественниками ламина А. Идентификация этих свойств позволит найти новые подходы к лечению как преждевременного, так и естественного старения. Пока же предполагаемая принципиальная близость процессов ускоренного и естественного старения позволяет использовать результаты, уже полученные при лечении больных прогерией, для увеличения продолжительности жизни всех людей. Эта перспектива привлекла к решению задачи излечения от такой редкой болезни, как прогерия, многих исследователей.

Так как редкие ошибки сплайсинга, приводящие к образованию прогерина, устранить вряд ли возможно, то при естественном старении следует применять подходы, направленные на снижение его содержания в клетках. К таким подходам относится активация аутофагии, способной утилизировать прогерин, а также фарнезилированный преламин А, случайно избежавший действия протеиназы Zmpste24 (рис. 3 и текст). В этом направлении достигнуты значительные успехи. Активирующие аутофагию рапамицин и его аналоги, а также другие аналогично действующие “эликсиры долголетия” можно рассматривать как лекарства первого поколения от старения. Следует ожидать, что вскоре появятся конкретные рекомендации по применению этих веществ (возможно, в комбинациях) для периодической очистки организма от токсичных фарнезилированных предшественников ламина А. Лечение должно приводить к реальному омоложению (снижению биологического возраста).

Является ли прогерин основным или даже единственным фактором, запускающим механизмы естественного старения, как это имеет место при прогерии? Ответить на этот вопрос помогут данные о присутствии прогерина у животных, срок жизни которых разнится от 2–3 лет у мышей до более 200 лет у китов. Особый интерес представляют такие эксперименты на животных, темп старения которых близок к таковому у детей, больных прогерией (кошки, собаки и др.). Возможно, такие исследования уже ведутся.

ПОНЯТИЕ МАКСИМАЛЬНОГО ВОЗРАСТА

Нельзя пройти мимо того обстоятельства, что многие исследователи придерживаются концепции существования механизма, ставящего определенный предел продолжительности жизни [158–160]. Согласно этой концепции, каждый вид имеет свою максимальную (предельную) длительность жизни. Приближенно ее оценивают по достоверно установленному возрасту известных долгожителей. Этот возраст у людей составляет 122 года. Согласно этому критерию, максимальная продолжительность жизни кошек и собак может составить 25 лет, лошади – около 40 лет, гренландского кита – свыше 200 лет.

В качестве аргумента в пользу существования фиксированного максимального возраста приводят следующее рассуждение. По сравнению с 19‑м веком благодаря, главным образом, успехам медицины средняя продолжительность жизни человека почти удвоилась. Значительно увеличилось число людей, живущих 90 и более лет, однако максимальный возраст (около 120 лет) не изменился.

Оказалось, что у людей старше 100 лет теломеры на концах хромосом соматических клетках практически исчерпаны (объектом исследования были лейкоциты) [160–165]. Эти люди близки к достижению возраста, когда клеточные циклы в клетках, еще находящихся в процессе дифференцировки, будут заблокированы из-за достижения теломерами предельно малых размеров. Тогда органы перестанут пополняться зрелыми специализированными клетками, что и приведет к гибели организма.

Следует задаться вопросом, почему длина теломер вновь образованных зрелых (специализированных) клеток, например, лейкоцитов, зависит от возраста организма, в котором они сформировались, т.е. чем значительнее возраст, тем короче теломеры во вновь образованных зрелых клетках.

Пополнение органов специализированными клетками и в молодости, и в старости происходит в результате дифференцировки клеток из популяции ранних предшественников, поддерживаемой в течение всей жизни благодаря теломеразной активности. Клетки из этой популяции, вступив в процесс дифференцировки, дают начало одному или, как это имеет место при кроветворении или образовании костной и жировой тканей, нескольким типам специализированных клеток. В процессе дифференцировки теломераза не активна, и укорочение теломер неизбежно. Сам процесс дифференцировки в каждом конкретном случае (например, при созревании лейкоцитов) стандартен и, казалось бы, не должен иметь возрастных отличий. Наблюдаемое у зрелых лейкоцитов снижение размеров теломер с возрастом организма может означать, что этот процесс инициирован еще в популяции клеток-предшественников. В этих плюрипотентных (но не эмбриональных) клетках сохраняется теломеразная активность, но возможна также активация гена LMNA, кодирующего ламины А/С. Соответственно, в них будут накапливаться прогерин и фарнезилированный преламин А. В числе вызываемых нарушений отметим деконденсацию периферии хроматина. Вследствие этого локализованные там теломеры становятся доступными для активных форм кислорода и ферментов, что приводит к добавочному (не репликативному) укорочению теломер, которое поначалу компенсируется теломеразой. Когда теломераза в клетках-предшественниках перестает справляться с возрастающей нагрузкой, начинается возрастное укорочение теломер. Поэтому у вступающих в дифференцировку клеток теломеры изначально тем короче, чем больше возраст организма.

Пока длина теломер достаточна для того, чтобы процесс дифференцировки с образованием прекративших деление специализированных клеток был завершен, сокращение их теломер не должно влиять на старение. Однако, если в клетках, еще находящихся в процессе дифференцировки, теломеры сокращены до критического размера, то они не смогут достичь зрелости из-за блокирования клеточных циклов. Органы, включая кровь, перестанут пополняться специализированными клетками. Возможно, именно этим определяется максимальный срок жизни.

У индивидов с природно длинными теломерами [159] и, добавим, с эффективной природной аутофагией, существенно снижающей уровень прогерина, этот срок приближен к максимальной продолжительности жизни человека. Подтверждающие результаты получены на животных [166, 167]¹¹.

Приобретенные к настоящему времени опыт и знания дают основания предпринять действия, которые позволят увеличить длительность жизни, в том числе, максимальный ее срок. Очевидными мишенями такой терапии считаются прогерин (цель – максимально снизить содержание прогерина в клетках организма) и теломеры (цель – не допустить их укорочение до предела, блокирующего клеточный цикл).

Выше описаны исследования, которые показали, что рапамицин и его аналоги, ресвератрол, метформин, спермидин, блокируя киназу mTOR, способствуют активации аутофагии, утилизирующей прогерин. В опытах на животных показано, что прием этих препаратов оздоравливает организм и продлевает жизнь [125, 168–173].

Само снижение содержания прогерина, достигнутое с помощью указанных препаратов, должно снизить темп сокращения теломер благодаря восстановлению компактной структуры хроматина. Однако наиболее эффективно прямое наращивание теломер, в том числе в соматических клетках, путем активации в них теломеразы. Повышение теломеразной активности достигнуто в мышиной модели с использованием методов генной терапии. Модифицированные животные отличаются большей продолжительностью жизни [174, 175]. Такое же воздействие оказывает ряд продуктов растительного происхождения [176–179].

К наиболее известным активаторам теломеразы относится астрагал перепончатый (Astragalus membranaceus, AM). Традиционная китайская медицина рекомендует употреблять это растение с пищей для оздоровления и увеличения продолжительности жизни. Современные исследования показали, что полисахариды, флавониды, сапонины астрагала являются эффективными активаторами теломеразы. Экстракт сушеных корней AM (TA-65, Telomerase Activator-65) [174, 181–184] вызывал оздоровление возрастных мышей и крыс, получавших этот препарат с пищей [176, 185, 186]. При этом, что важно, не увеличивалась частота перерождений клеток в опухолевые [176]. Показано также, что у дрозофил, принимавших AM с пищей, возрастала продолжительность жизни [187].

Здесь следует сделать важное замечание. Мы отмечали одно свойство экстрактов AM – способность активировать теломеразу. Однако эти экстракты мультифункциональны. В число их функций входит активация аутофагии [188, 189] по тому же механизму (подавление киназы mTOR), который используют рапамицин и другие отмеченные выше активаторы аутофагии. Это означает, что прием экстрактов AM способствует утилизации прогерина, благодаря чему, в частности, нормализуется структура периферийного хроматина и замедляется повреждение (укорочение) теломер. Таким образом, сохраняя теломеры, экстракты AM действуют двояко: способствуют защите теломерной ДНК от повреждающих ее агентов и активируют наращивающую ее теломеразу.

TA-65 и ряд подобных препаратов испытываются на группах пациентов, болезни которых связывают со старением. Пока проведены кратковременные исследования (в течение нескольких месяцев). Во всех описанных случаях наблюдали оздоровление пациентов, принимавших экстракты AM [181, 190–192].

Для определения воздействия экстрактов AM, как и других препаратов, на продолжительность жизни эксперимент должен быть длительным и начинаться тогда, когда у испытуемых еще не доминируют необратимые возрастные изменения. Если такие исследования с 40–50-летними людьми начать сейчас, то результаты проявятся через 30–50 лет.

Уже предложены прописи лекарственных комплексов, предназначенных для оздоровления и продления жизни [164, 193–196]. Однако необходимо учитывать и возможные побочные эффекты присутствующих в этих прописях веществ. Так, рапамицин обладает свойствами иммунодепрессанта, а метформин снижает уровень глюкозы в крови.

Когда будет установлен оптимальный состав комплекса средств от старения, включая выбор дозы, и значительная часть населения станет его регулярно принимать, следует ожидать увеличения не только средней, но и максимальной длительности жизни.

Говоря об оптимальном составе лекарства, следует добавлять “на данном этапе исследований”. Оптимизация будет продолжаться по мере обнаружения новых эффективных веществ. Многое зависит от исследований на молекулярном и клеточном уровнях. В этих исследованиях еще много белых пятен. Так, экспериментально показана ключевая роль прогерина в старении при прогерии. Весьма вероятно, что прогерин участвует и в естественном старении людей, но прямыми экспериментами это еще не доказано. Поэтому исследования на культурах клеток очень пожилых людей, в частности, опыты по возвращению ядрам (рис. 6б) нормальной формы, как это делалось на клетках больных прогерией (рис. 5), представляют большой интерес. Морфология клеточных ядер, оценка содержания в них прогерина, длина теломер в лимфоцитах и фибробластах могут служить маркерами, характеризующими эффективность примененного лекарства от старения.

Можно задать вопрос, почему под жестким прессом эволюции сохраняется столь сложная процедура процессинга предшественников ламина А: присоединение к преламину А гидрофобной цепочки (фарнезилирование) и последующее ее удаление (рис. 3а). Напрашивается ответ, что смысл этой процедуры состоит в том, чтобы малая, но конечная доля сохранившихся фарнезилированных молекул преламина А и прогерин локализовались в ядрах соматических клеток. Их накопление вызовет описанные выше нарушения структуры ядра и клеточного метаболизма (рис. 4), являющиеся причиной старения клеток и всего организма. Этим обеспечивается смена поколений. При этом сохранение популяции обеспечивают половые и эмбриональные стволовые клетки, в которых ген LMNA не активен, а, следовательно, предшественники ламина А, инициирующие старение, не образуются.

Говоря о старении, необходимо иметь в виду, что основные факторы, влияющие на старение, и сами механизмы старения могут существенно отличаться у разных видов животных. У человека, соматические клетки которого лишены теломеразной активности, существенную роль в старении может играть достигшее предела укорочение теломер у пролиферирующих клеток. Прием активаторов теломеразы продлевает существование этих клеток и оздоровляет организм. Однако у мелких грызунов, в том числе мышей и крыс, соматические клетки обладают теломеразной активностью, благодаря чему в культуре клеток число их делений не лимитировано [197]. Но живут они всего 3–5 лет. Главной причиной старения этих животных может быть несовершенная система репарации ДНК, о чем свидетельствует высокий уровень мутагенеза и злокачественных перерождений клеток. Лишение большинства соматических клеток способности к пролиферации открыло путь к появлению крупных животных с большим количеством клеток. Отмечено, что соматические клетки не пролиферируют уже у крупного грызуна бобра [197]. По мере увеличения размеров тела животных происходило совершенствование систем репарации ДНК, обусловленное необходимостью снижения вероятности злокачественного перерождения в расчете на одну клетку. Иначе многие особи не доживали бы до репродуктивного возраста. Особенно в этом преуспели слоны и киты. В геноме слонов обнаружены не менее 20 копий гена TP53, который кодирует белок, участвующий в контроле клеточного цикла. Геном человека содержит только один такой ген [198]. Крупные киты живут почти в 3 раза дольше человека, у них в 100 раз больше клеток, и они не подвержены онкологическим заболеваниям. Простой расчет показывает, что система репарации ДНК у китов должна быть в 300 раз эффективнее, чем у человека.

Особый интерес вызывают голые землекопы (naked mole-rats) – уже приобретшие известность мелкие грызуны, обитающие в Западной Африке. В лабораториях они появились около 40 лет тому назад. “Ветераны” не только живы, но способны производить потомство и не обнаруживают признаков старения ([199], для обзора см. [1]). Ближайшие родственники голого землекопа – морские свинки, мыши и крысы – живут 2–5 лет и умирают с явными признаками старения. У голых землекопов, содержащихся в лабораториях и зоопарках, выявлено лишь несколько случаев онкологических заболеваний [200]. Обращает внимание обнаружение во внеклеточном матриксе голых землекопов сверхвысокомолекулярной гиалуроновой кислоты (6.5 млн Да), которая, как полагают, эффективно защищает клетки от стрессовых состояний [201].

У голых землекопов обнаружена высокая активность аутофагии, осуществляющей утилизацию прогерина [202]. К сожалению, данные о накоплении прогерина у этих животных-долгожителей отсутствуют. Представляется, что главные открытия в расшифровке механизмов их здорового долголетия еще впереди [203].

Дальнейшие исследования на разных видах животных позволят также уточнить, насколько универсальна вовлеченность прогерина в процессы старения.

Об интересе к рассмотренным в настоящем обзоре подходам к объяснению причин старения и к созданию на базе уже полученных результатов лекарств, отдаляющих старение, свидетельствует быстрый рост числа публикаций, намечающих, в частности, направления дальнейших исследований [204–211].