Апоптоз и продолжительность жизни
Выявление роли соматических мутаций и репарации ДНК в механизмах старения ставит вопрос об их непосредственной связи с процессами дифференцировки и программированной клеточной гибели (апоптоза) и злокачественного роста. Если одноклеточным организмам позволяет выжить при изменении условий окружающей среды лишь репарация повреждений ДНК, то оптимальная стратегия Metazoa в отношении клеток, несущих повреждения ДНК, не столь однозначна, поскольку некоторые мутации в генах, регулирующих клеточную пролиферацию , адгезию и апоптоз , могут вызывать развитие фатальных злокачественных новообразований. Поэтому для организма в целом "безопаснее" иметь механизмы элиминации таких генетически поврежденных клеток, чем риск возникновения очагов неконтролируемого автономного роста. Выбор конкретной "стратегии" организма - репарации ДНК, блокады пролиферации или апоптоза - зависит во многом от типа клеток, их локализации, микроокружения, характера повреждающего фактора и степени повреждения. В любом случае эффективный ответ на повреждение ДНК является ключевым звеном для выживания многоклеточного организма.
В последние годы достигнут значительный прогресс как в изучении самого феномена программированной клеточной гибели (апоптоза), так и в понимании молекулярных механизмов его реализации и регуляции [ Новиков В.С., 1996 , Evan ea 1998 , Yu ea 1994 ]. Установлена ключевая роль антионкогена р53 в этом процессе . Опосредованная р53 остановка пролиферации в стадии G, или G2 клеточного цикла необратима. Такая клетка хотя и не погибает, но генетически она уже "мертва", поскольку не способна к развитию опухоли. Реализации такого эффекта р53 предшествует индукция циклинзависимого ингибитора киназы р21 .
Менее ясна роль р53 в стимуляции собственно апоптоза. Установлено, что мишенями для р53 являются несколько специфических генов, таких, как антагонист гена Вах ген Bcl2 , рецептор инсулиноподобного фактора роста-I ( IGFR-I ), связывающий белок IGF-BP3 , компоненты ренин-ангиотензинной системы и белки, регулирующие ангиогенез [ Evan ea 1998 ]. Более того, в некоторых случаях показано участие в этом процессе трансэкспрессии генов антиапоптоза и даже некоторых нетранскрипционных механизмов. Выявлено также, что р53 участвует в реакции клетки на воздействия, которые не повреждают непосредственно ДНК, например, при метаболической депривации , физических травмах , тепловом шоке , гипоксии и экспрессии таких онкогенов, как Мус и Е1А .
Выше уже обсуждалась модель клеточного старения Хейфлика и роль теломер и теломеразы в продолжительности жизни клеток in vitro. Использование этой модели оказалось весьма плодотворным для изучения механизмов репликативного старения [ Campisi ea 1996 ]. Прекращение способности к пролиферации клеток в культуре можно было объяснить потерей экспрессии пострепликативных генов, например, репрессией с-mус, или неспособностью фосфорилироваться белка ретинобластомы (RB) , или, напротив, увеличением экспрессии антирепликативных генов, например, ингибитора циклинзависимой киназы (cdk) p21 . Недавно было установлено, что находящиеся в фазе репликативного старения фибробласты человека резистентны к апоптозу [ Wang ea 1995 ]. Угнетение экспрессии ключевых генов G1-фазы, удерживающих стареющие фибробласты человека от вступления в фазу S клеточного цикла, по-видимому, является тем механизмом, который запускает процесс клеточной гибели. Уровень антиапоптотического фактора Ьсl2 постоянно высок в таких клетках, при этом не наблюдается протеолиза терминина от формы с молекулярной массой 90 кДа до формы 30 кДа. Таким образом, репрессия генов S фазы, увеличение экспрессии гена антиапоптоза Ьсl2 и отсутствие протеолиза представляется, по образному выражению Ванг [ Wang ea 1997 ], крепким "тройным замком", который предотвращает апоптотическую гибель стареющих фибробластов. Закономерен вопрос - имеют ли отношение эти результаты, полученные в опытах in vitro, к реальной ситуации старения in vivo, прежде всего, к старению кожи человека ? Недавно было установлено, что в коже пожилых лиц в большом количестве содержатся стареющие фибробласты [ Dimri ea 1995 ]. Хорошо известна высокая чувствительность кожи пожилых к канцерогенному действию ультрафиолета и сниженная способность к заживлению ран [ Гаврилов ea 1991 , Anisimov ea 1987 , Anisimov ea 1998 ]. Следует заметить, что еще в 1985 г. Эббесен [ Ebbesen ea 1985 ] выявил существенное повышение чувствительности кожи старых мышей к действию промотора кожного канцерогенеза 12-О-тетрадеканоилфорбол-13-ацетата по сравнению с кожей молодых животных. При подкожном введении старым животным самых разнообразных канцерогенных агентов (полициклических ароматических углеводородов, нитрозосоединений, пластмассовых пленок или вируса Молони) саркомы на месте введения развивались с большей частотой и значительно раньше, чем у молодых [ Anisimov ea 1987 , Anisimov ea 1998 ]. Вместе с тем стимуляция апоптоза в клетках печени ограничением калорийности питания угнетала развитие пренеопластических узелков в печени у старых крыс и мышей [ Grasl-Kraupp ea 1994 , Muskhelishvili ea 1996 ]. Введение мелатонина стимулировало апоптоз в клетках аденокарцином толстой кишки , индуцируемых 1,2-диметилгидразином , что сопровождалось отчетливым торможением развития опухолей [ Anisimov ea 1999 ], тогда как в постмитотических клетках головного мозга этот геропротектор угнетал индуцированную оксидативным стрессом клеточную гибель [ Manev ea 1996 ]. Таким образом, накопление в тканях с возрастом резистентных к апоптозу стареющих клеток, возможно, является тем айсбергом, который аккумулирует множественные повреждения, приводящие, в конечном счете, к неоплазии, нейродегенеративным процессам или вторичной смерти вследствие инфаркта миокарда [ Anisimov ea 1993 , Wang ea 1995 ].
