Čo je genetická teória starnutia?

Ako gény ovplyvňujú starnutie a ako môžete "zmeniť" svoje gény

Vaša DNA môže o vás predpovedať viac, ako vyzeráte. Podľa genetickej teórie starnutia sú vaše gény (rovnako ako mutácie v týchto génoch) zodpovedné za to, ako dlho budete žiť. Tu je to, čo by ste mali vedieť o génoch a dlhovekosti, a kde genetika zapadá do rôznych teórií starnutia.

Genetická teória starnutia - definícia

Genetická teória starnutia uvádza, že životnosť je do značnej miery určovaná génmi, ktoré zdedíme.

Podľa teórie je naša dlhovekosť určená predovšetkým v momente počatia a je do značnej miery závislá od našich rodičov a ich génov.

Základom tejto teórie je, že segmenty DNA, ktoré sa vyskytujú na konci chromozómov, nazývané teloméry , určujú maximálnu životnosť bunky. Teloméry sú kusy "nevyžiadanej" DNA na konci chromozómov, ktoré sa stávajú kratšími pri každom rozdelení buniek. Tieto teloméry sa stávajú kratšími a kratšími a nakoniec sa bunky nedajú rozdeliť bez straty dôležitých častí DNA.

Predtým, než sa dostaneme do princípov, ako genetika ovplyvňuje starnutie a argumenty pre túto teóriu a proti nej, je užitočné stručne diskutovať o primárnych kategóriách starších teórií ao niektorých špecifických teóriách v týchto kategóriách. V súčasnej dobe neexistuje jedna teória ani jedna kategória teórií, ktorá by vysvetlila všetko, čo pozorujeme v procese starnutia.

Teórie starnutia

Existujú dve základné kategórie starodávnych teórií, ktoré sa v zásade líšia v tom, čo možno označiť za "účel" starnutia. V prvej kategórii je starnutie v podstate nehodou; nahromadenie poškodenia a opotrebenie tela, ktoré nakoniec vedie k smrti. Na rozdiel od toho, programované starnutie teórie vidí starnutie ako úmyselný proces, kontrolované spôsobom, ktorý možno prirovnať k iným fázam života, ako je puberta.

Chybové teórie zahŕňajú niekoľko samostatných teórií vrátane:

• Teória starnutia a opotrebenia
• Teória starnutia o bývaní
• Teória zosieťovania proteínov opäť
• Teória voľného radikálu starnutia
• Somatická mutačná teória starnutia

Programované teórie starnutia sú rozdelené do rôznych kategórií na základe metódy, v ktorej sú naše telo naprogramované na starnutie a smrť.

• Programovaná životnosť - programovaná životnosť tvrdí, že život je určený postupným zapínaním a vypínaním génov.
• Endokrinná teória starnutia
• Imunologická teória starnutia

Medzi týmito teóriami a dokonca aj kategóriami starých teórií dochádza k výraznému prekrývaniu.

Gény a telesné funkcie

Pred diskusiou o kľúčových konceptoch súvisiacich so starnutím a genetikou, pozrime sa, čo je naša DNA, a niektoré zo základných spôsobov, ktorými gény ovplyvňujú našu životnosť.

Naše gény sú obsiahnuté v našej DNA, ktorá je prítomná v jadre (vnútornej oblasti) každej bunky v našom tele. (V močových orgánoch sa nachádza aj mitochondriálna DNA, ktorá sa nachádza v cytoplazme bunky.) Každý z nás tvorí 46 chromozómov tvoriacich našu DNA, z ktorých 23 pochádza od našich matiek a 23 z našich otcov. Z nich je 44 autozómov a dva sú pohlavné chromozómy, ktoré určujú, či máme byť muž alebo žena.

(Naproti tomu mitochondriálna DNA nesie oveľa menej genetických informácií a je prijímaná len od našich matiek.)

V rámci týchto chromozómov ležia naše gény, náš genetický modrotvorca zodpovedný za prenášanie informácií pre každý proces, ktorý sa uskutoční v našich bunkách. Naše gény možno predstaviť ako sériu listov, ktoré tvoria slová a vety pokynov. Tieto slová a vety kódujú na výrobu bielkovín, ktoré kontrolujú každý bunkový proces.

Ak je niektorý z týchto génov poškodený napríklad mutáciou, ktorá v pokynoch mení sériu "písmen a slov", môže byť vyrobená abnormálna bielkovina, ktorá naopak vykonáva chybnú funkciu.

Ak nastane mutácia v proteínoch, ktoré regulujú rast bunky, môže to mať za následok rakovinu. Ak sú tieto gény mutované od narodenia, môžu sa vyskytnúť rôzne dedičné syndrómy. Napríklad cystická fibróza je stav, v ktorom dieťa zdedí dva mutované gény riadiace proteín, ktorý reguluje kanály zodpovedné za pohyb chloridu v bunkách v potných žľazách, tráviacich žľazách a podobne. Výsledok tejto jedinej mutácie vedie k zahusteniu hlienu produkovaného týmito žlazami a výsledných problémov, ktoré sú spojené s týmto stavom.

Ako gény ovplyvňujú životnosť

Nevyžaduje si podrobnú štúdiu, ktorá by určila, že naše gény zohrávajú aspoň určitú úlohu v dlhovekosti. Ľudia, ktorých rodičia a predkov žijú dlhšie, majú sklon žiť dlhšie a naopak. Zároveň vieme, že samotná genetika nie je jediným dôvodom starnutia. Štúdie zamerané na identické dvojičky ukazujú, že je jasné, že sa niečo deje. identické dvojčatá, ktoré majú identické gény, nie vždy bývajú rovnakým počtom rokov.

Niektoré gény sú prospešné a zlepšujú dlhovekosť. Napríklad gén, ktorý pomáha človeku metabolizovať cholesterol, by znížil riziko srdcového ochorenia.

Niektoré génové mutácie sa zdedia a môžu skrátiť životnosť. Mutácie sa však môžu vyskytnúť aj po pôrode , pretože vystavenie toxínom, voľným radikálom a žiareniu môže spôsobiť zmeny génu. (Genetické mutácie získané po narodení sa označujú ako získané alebo somatické génové mutácie.) Väčšina mutácií nie je pre vás zlá, a niektoré môžu byť dokonca prospešné. Pretože genetické mutácie vytvárajú genetickú rozmanitosť, ktorá udržuje populáciu zdravú. Ďalšie mutácie, nazývané tiché mutácie, nemajú žiadny vplyv na telo.

Niektoré gény, keď sú mutované, sú škodlivé, ako tie, ktoré zvyšujú riziko rakoviny. Mnohí ľudia poznajú mutácie BRCA1 a BRCA2, ktoré predisponujú k rakovine prsníka. Tieto gény sa označujú ako nádorové supresorové gény, ktoré kódujú proteíny, ktoré riadia opravu poškodenej DNA (alebo odstránenie bunky poškodenou DNA, ak nie je možná oprava).

Rôzne choroby a stavy súvisiace s dedičnými génovými mutáciami môžu priamo ovplyvniť životnosť. Patria medzi ne cystická fibróza , kosáčikovitá anémia , Tay-Sachsova choroba a Huntingtonova choroba .

Kľúčové pojmy v genetickej teórii starnutia

Kľúčové pojmy v genetike a starnutí zahŕňajú niekoľko dôležitých konceptov a myšlienok od skracovania telomerov po teórie o úlohe kmeňových buniek pri starnutí.

Telomere - Na konci každého z našich chromozómov leží kúsok "nevyžiadanej" DNA nazývanej telomere . Teloméry nekódujú pre žiadne proteíny, ale zdá sa, že majú ochrannú funkciu, udržujú konce DNA pripojené k iným kameňom DNA alebo vytvárajú kruh. Zakaždým, keď bunka rozdeľuje trochu viac telemoru, sa odtrhne. Príp. tam nie je žiadna z týchto nevyžiadanej DNA vľavo, a ďalšie odtrhnutie môže poškodiť chromozómy a gény tak, že bunka zomrie.

Vo všeobecnosti je priemerná bunka schopná 50-krát rozdeliť pred vyčerpaním teloméru (limit Hayflick). Rakovinové bunky našli spôsob, ako neoddeliť a niekedy dokonca pridať časť teórie. Navyše niektoré bunky, ako napríklad bielych krviniek, nepodliehajú tomuto procesu skracovania telomerov . Zdá sa, že zatiaľ čo gény vo všetkých našich bunkách majú kódové slovo pre enzým telomerázu, ktorá inhibuje skrátenie telomerov a možno dokonca vedie k predĺženiu, gén je len "zapnutý" alebo "exprimovaný", ako hovoria genetici v bunkách, ako je biely krvné bunky a rakovinové bunky. Vedci sa domnievajú, že ak by sa táto telomeráza mohla nejakým spôsobom zapnúť v iných bunkách (ale nie tak, že by ich rast rástol ako v rakovinových bunkách), náš vekový limit by sa mohol rozšíriť.

Štúdie zistili, že niektoré chronické stavy, ako je vysoký krvný tlak, sú spojené s menšou aktivitou telomerázy, zatiaľ čo zdravá strava a cvičenie sú spojené s dlhšími telomerami. Nadváha je tiež spojená s kratšími telomerami.

Gény dlhovekosti - gény dlhovekosti sú špecifické gény, ktoré súvisia s dlhším životom. Dva gény, ktoré sú priamo spojené s dlhovekosťou, sú SIRT1 (sirtruin 1) a SIRT2. Vedci, ktorí sa zameriavajú na skupinu viac ako 800 ľudí vo veku 100 rokov alebo starších, zistili tri významné rozdiely v genoch súvisiacich so starnutím.

Starnutie buniek - senescencia buniek sa vzťahuje na proces, ktorým bunky klesajú v priebehu času. Môže to súvisieť so skrátením telomerov alebo s procesom apoptózy (alebo bunkovej samovraždy), pri ktorej sú odstránené staré alebo poškodené bunky.

Kmeňové bunky - Pluripotentné kmeňové bunky sú nezrelé bunky, ktoré majú potenciál stať sa akýmkoľvek typom buniek v tele. Predpokladá sa, že starnutie môže súvisieť buď s vyčerpaním kmeňových buniek alebo so stratou schopnosti kmeňových buniek diferencovať alebo dozrievať na rôzne druhy buniek. Je dôležité poznamenať, že táto teória sa týka dospelých kmeňových buniek, nie embryonálnych kmeňových buniek. Na rozdiel od embryonálnych kmeňových buniek dospelé kmeňové bunky nemôžu dospieť do žiadneho typu buniek, ale skôr len určitého počtu bunkových typov. Väčšina buniek v našom tele je diferencovaná alebo úplne zrelá a kmeňové bunky sú len malým počtom buniek prítomných v tele.

Príkladom typu tkaniva, v ktorom je touto metódou možná regenerácia, je pečeň. Toto je na rozdiel od mozgového tkaniva, ktoré zvyčajne nemá tento regeneračný potenciál. Teraz existuje dôkaz, že samotné kmeňové bunky môžu byť ovplyvnené procesom starnutia, ale tieto teórie sú podobné otázkam týkajúcim sa kurčiat a vajíčok. Nie je isté, či dôjde k starnutiu v dôsledku zmien v kmeňových bunkách alebo, ak namiesto toho, zmeny v kmeňových bunkách sú spôsobené procesom starnutia.

Epigenetika - epigenetika sa vzťahuje na expresiu génov. Inými slovami, gén môže byť prítomný, ale môže byť zapnutý alebo vypnutý. Vieme, že v tele sú niektoré gény, ktoré sa zapínajú len na určité časové obdobie. Oblasť epigenetiky tiež pomáha vedcom porozumieť tomu, ako môžu environmentálne faktory pôsobiť v rámci obmedzení genetiky, aby chránili alebo predisponovali k chorobe.

Tri primárne genetické teórie starnutia

Ako bolo uvedené vyššie, existuje veľké množstvo dôkazov, ktoré sa zameriavajú na dôležitosť génov pri očakávanom prežití. Pri pohľade na genetické teórie sú rozdelené do troch základných myšlienkových škôl.

• Prvá teória tvrdí, že starnutie súvisí s mutáciami, ktoré súvisia s dlhodobým prežívaním a že starnutie súvisí s akumuláciou genetických mutácií, ktoré nie sú opravené.
• Ďalšou teóriou je, že starnutie súvisí s neskorými účinkami určitých génov a je nazývané ako pleiotropický antagonizmus.
• Ešte ďalšia teória, navrhnutá na základe prežitia v opossums, spočíva v tom, že prostredie, ktoré predstavuje len málo nebezpečenstiev, ktoré zasahujú do očakávanej dĺžky života, by malo za následok zvýšenie počtu členov, ktorí majú mutácie, ktoré spomaľujú proces starnutia.

Dôkazy za teóriou

Existuje niekoľko spôsobov dôkazov, ktoré podporujú genetickú teóriu stárnutia, prinajmenšom čiastočne.

Snáď najsilnejším dôkazom na podporu genetickej teórie sú značné rozdiely v maximálnom prežití, špecifické pre jednotlivé druhy, pričom niektoré druhy (ako sú motýle) majú veľmi krátku životnosť a iné, ako sú slony a veľryby, sú podobné našim. V rámci jedného druhu je prežitie podobné, ale prežitie môže byť veľmi rozdielne medzi dvoma druhmi, ktoré sú inak podobné veľkosti.

Štúdie s dvojčatami tiež podporujú genetickú zložku, keďže identické dvojičky (monozygotické dvojčatá) sú oveľa viac podobné, pokiaľ ide o dĺžku života, než sú dvojica identická alebo dizygotná. Hodnotenie identických dvojčiat, ktoré boli zdvihnuté spoločne a kontrastujúce s rovnakými dvojčatami, ktoré sú rozvinuté, môže pomôcť oddeliť faktory správania, ako je diéta a iné návyky týkajúce sa životného štýlu, ako príčinu rodinných trendov v dlhovekosti.

Ďalšie dôkazy v širokom meradle boli zistené pri pohľade na vplyv genetických mutácií na iné zvieratá. U niektorých červov, rovnako ako u niektorých myší, môže jedna mutácia génov predĺžiť prežitie o viac ako 50 percent.

Okrem toho nájdeme dôkazy o niektorých špecifických mechanizmoch, ktoré sa podieľajú na genetickej teórii. Priame merania dĺžky telomerov ukázali, že telomere sú zraniteľné voči genetickým faktorom, ktoré môžu urýchliť rýchlosť starnutia.

Dôkazy proti genetickým teóriám starnutia

Jeden zo silnejších argumentov proti genetickej teórii starnutia alebo "programovanej životnosti" pochádza z evolučnej perspektívy. Prečo by existovala špecifikovaná životnosť mimo reprodukcie? Inými slovami, aký "účel" existuje pre život po tom, čo človek reprodukoval a žil dosť dlho na to, aby zvýšil svoje potomstvo až do dospelosti?

Je tiež jasné, čo vieme o životnom štýle a chorobe, že veľa starostí je veľa ďalších faktorov. Rovnaké dvojičky môžu mať veľmi rozdielne životy v závislosti od ich expozície, ich faktorov životného štýlu (ako je fajčenie) a modelov telesnej aktivity.

Spodný riadok

Odhaduje sa, že gény dokážu vysvetliť maximálne 35% životnosti, ale stále je oveľa viac nerozumieme starnutiu, ako tomu rozumieme. Celkovo je pravdepodobné, že starnutie je multifaktoriálny proces, čo znamená, že je pravdepodobne kombináciou viacerých teórií. Je tiež dôležité poznamenať, že tu uvedené teórie sa navzájom nevylučujú. Koncepcia epigenetiky, alebo či je alebo nie je gén, ktorý je prítomný, je "vyjadrený", môže blázniť naše porozumenie.

Okrem genetiky existujú ďalšie determinanty v starnutí, ako je naše správanie, expozície a len šťastie. Nie ste odsúdení, ak vaši rodinní príslušníci majú tendenciu zomrieť mladí, a nemôžete ignorovať svoje zdravie, aj keď títo rodinní príslušníci majú tendenciu žiť dlho.

Čo môžete urobiť na zníženie "genetického" starnutia vašich buniek?

Naučili sme sa jesť zdravú výživu a budeme aktívni a tieto faktory životného štýlu sú pravdepodobne rovnako dôležité bez ohľadu na to, do akej miery je naša genetika súčasťou starnutia. Rovnaké postupy, pri ktorých sa zdá, že udržiavajú zdravé orgány a tkanivá nášho tela, môžu tiež udržať naše gény a chromozómy zdravé.

Bez ohľadu na konkrétne príčiny starnutia môže mať rozdiel:

• Cvičenie - Štúdie zistili, že fyzická aktivita nielen pomáha vášmu srdcu a pľúcam dobre fungovať, ale cvičenie predlžuje telomere.
• Jedzte zdravú výživu - strava s vysokým obsahom ovocia a zeleniny je spojená s vyššou aktivitou telomerázy (v skutočnosti menej skrátenia telomer v bunkách). Diéta s vysokým obsahom omega-3-mastných kyselín je spojená s dlhšími telomerami, ale diéta s vysokým obsahom omega-6-mastných kyselín je opačná a spojená s kratšími telomerami. Navyše prívod sódy je spojený s kratšími telomerami. Reservatrol, zložka zodpovedná za vzrušenie nad pitím červeného vína (ale aj v nealkoholickej červenej hroznovej šťave), sa javí ako aktivácia proteínu dlhovekosti SIRT
• Znížiť stres
• Vyhýbajte sa karcinogénom
• Udržiavať zdravú váhu - nielenže je obezita spojená s niektorými genetickými mechanizmami spojenými so starnutím, ktoré sú uvedené vyššie (napríklad zvýšené skrátenie telomerov), ale opakované štúdie zistili, že dávky súvisiace s dlhovekosťou súvisia s kalorickým obmedzením. Prvý princíp v životnom štýle prevencie rakoviny, ktorý predložil Americký inštitút pre výskum rakoviny - byť čo najnižšie, bez toho, aby bol podvážený - by mohol hrať úlohu v dlhodobosti, prevencii rakoviny a prevencii recidívy rakoviny.

_zdroj:

_{Jin, K. Moderné biologické teórie starnutia. Starnutie a choroba . 1 (2): 72-74.}

_{Kasper, Dennis, Anthony Fauci, Stephen Hauser, Dan Longo a J. Jameson. Harrisonove princípy vnútorného lekárstva. New York: McGraw-Hill Education, 2015. Tlač.}

_{Kumar, Vinay, Abul K. Abbás, Jon C. Aster a James A. Perkins. Robbins a Cotran Patologická základňa ochorenia. Philadelphia, PA: Elsevier / Saunders, 2015. Tlač.}

_{Leung, C., Laraia, B., Needham, B. a kol. Sóda a starnutie buniek: Združenia medzi cukrovou slabou konzumáciou nápojov a leukocytovou telomérovou dĺžkou u zdravých dospelých z národných prieskumov zdravia a výživy. Americký vestník verejného zdravia . 2014. 104 (12): 2425-31.}

_{Smith, J. a R. Daniel. Kmeňové bunky a starnutie: Vydanie kuracieho alebo vajíčka ?. Starnutie a choroba . 3 (3): 260-267.}