Genetyczna teoria starzenia się, pojęcia i dowody

Twoje DNA może przewidywać więcej o Tobie niż to, na co wyglądasz. Zgodnie z genetyczną teorią starzenia się, twoje geny (jak również mutacje w tych genach) są odpowiedzialne za to, jak długo będziesz żyć. Oto, co powinieneś wiedzieć o genach i długowieczności i gdzie genetyka pasuje do różnych teorii starzenia się.

Genetyczna teoria starzenia się

W genetycznej teorii starzenia stwierdza się, że długość życia jest w dużej mierze zdeterminowana przez geny, które dziedziczymy. Zgodnie z teorią, nasza długowieczność jest określana przede wszystkim w momencie poczęcia i jest w dużej mierze uzależniona od naszych rodziców i ich genów.

Podstawą tej teorii jest to, że odcinki DNA, które występują na końcu chromosomów, zwane telomerami, określają maksymalną długość życia komórki. Telomery są kawałkami "śmieciowego" DNA na końcu chromosomów, które stają się krótsze za każdym razem, gdy komórka się dzieli. Telomery te stają się coraz krótsze i ostatecznie komórki nie mogą dzielić się bez utraty ważnych fragmentów DNA.

Zanim zagłębimy się w to, w jaki sposób genetyka wpływa na starzenie się oraz argumenty przemawiające za i przeciw tej teorii, warto krótko omówić podstawowe kategorie teorii starzenia się i niektóre z konkretnych teorii w tych kategoriach. W obecnej chwili nie ma ani jednej teorii, ani nawet jednej kategorii teorii, które mogłyby wyjaśnić wszystko, co obserwujemy w procesie starzenia się.

Teorie starzenia się

Istnieją dwie podstawowe kategorie teorii starzenia się, które różnią się zasadniczo tym, co można nazwać "celem" starzenia się. W pierwszej kategorii starzenie się jest zasadniczo wypadkiem; nagromadzenie się uszkodzeń i zużycia ciała, które ostatecznie prowadzą do śmierci. Natomiast zaprogramowane teorie starzenia postrzegają starzenie się jako proces zamierzony, kontrolowany w sposób, który można przyrównać do innych faz życia, takich jak okres dojrzewania.

Teorie błędu obejmują kilka odrębnych teorii, w tym:

• Teoria starzenia się dotycząca zużycia i łez
• Teoria starzenia się życia
• Teoria krzyżowego wiązania białek
• Wolnorodnikowa teoria starzenia się
• Teoria mutacji somatycznych starzenia

Zaprogramowane teorie starzenia się są również podzielone na różne kategorie w oparciu o metodę, według której nasze ciała są zaprogramowane na wiek i śmierć.

• Zaprogramowana długowieczność - Zaprogramowana długowieczność twierdzi, że życie zależy od sekwencyjnego włączania i wyłączania genów.
• Endokrynowa teoria starzenia
• Immunologiczna teoria starzenia się

Istnieje znaczna zbieżność pomiędzy tymi teoriami, a nawet kategoriami teorii starzenia.

Geny i funkcje cielesne

Zanim omówimy kluczowe pojęcia związane ze starzeniem się i genetyką, przejrzyjmy nasze DNA i kilka podstawowych sposobów, w jakie geny wpływają na długość życia.

Nasze geny są zawarte w naszym DNA, które jest obecne w jądrze (wewnętrznym obszarze) każdej komórki w naszym ciele. (Istnieje również mitochondrialny DNA obecny w organellach zwanych mitochondriami, które są obecne w cytoplazmie komórki.) Każdy z nas ma 46 chromosomów tworzących nasze DNA, 23 z których pochodzą od naszych matek i 23, które pochodzą od naszych ojców. Spośród nich 44 to autosomy, a dwa to chromosomy płciowe, które określają, czy mamy być płci męskiej czy żeńskiej. (Mitochondrialne DNA, w przeciwieństwie, niesie znacznie mniej informacji genetycznych i jest odbierany tylko od naszych matek.)

W obrębie tych chromosomów leżą nasze geny, nasz schemat genetyczny odpowiedzialny za przekazywanie informacji dla każdego procesu, który odbędzie się w naszych komórkach.Nasze geny można sobie wyobrazić jako serię liter składających się na słowa i zdania instrukcji. Te słowa i zdania kodują produkcję białek kontrolujących każdy proces komórkowy.

Jeśli którykolwiek z tych genów zostanie uszkodzony, na przykład przez mutację, która zmienia serię "liter i słów" w instrukcjach, może zostać wytworzone nieprawidłowe białko, które z kolei spełnia wadliwą funkcję. Jeśli wystąpi mutacja w białkach, które regulują wzrost komórki, może dojść do raka. Jeżeli geny te są zmutowane od urodzenia, mogą wystąpić różne zespoły dziedziczne. Na przykład, mukowiscydoza jest stanem, w którym dziecko dziedziczy dwa zmutowane geny kontrolujące białko, które reguluje kanały odpowiedzialne za ruch chlorków przez komórki gruczołów potowych, gruczołów trawiennych i innych. Wynik tej pojedynczej mutacji powoduje pogrubienie śluzu wytwarzanego przez te gruczoły i wynikające z tego problemy, które są związane z tym stanem.

Jak wygląda żywotność wpływu genów

Nie trzeba dokładnych badań, aby stwierdzić, że nasze geny odgrywają pewną rolę w długowieczności. Ludzie, których rodzice i przodkowie żyją dłużej, żyją dłużej i odwrotnie. Jednocześnie wiemy, że sama genetyka nie jest jedyną przyczyną starzenia się. Badania nad bliźniętami jednojajowymi ujawniają, że wyraźnie dzieje się coś innego; identyczne bliźnięta, które mają identyczne geny, nie zawsze żyją w identycznej liczbie lat.

Niektóre geny są korzystne i zwiększają długowieczność. Na przykład gen, który pomaga osobie metabolizować cholesterol, zmniejszyłby ryzyko chorób serca u danej osoby.

Niektóre mutacje genów są dziedziczone i mogą skrócić długość życia. Mutacje mogą jednak również wystąpić po urodzeniu, ponieważ ekspozycja na toksyny, wolne rodniki i promieniowanie może powodować zmiany w genach. (Mutacje genów nabyte po urodzeniu określane są jako nabyte lub somatyczne mutacje genów.) Większość mutacji nie jest dla ciebie zła, a niektóre mogą nawet być korzystne. To dlatego, że mutacje genetyczne tworzą różnorodność genetyczną, która utrzymuje populacje w zdrowiu. Inne mutacje, zwane cichymi mutacjami, nie mają żadnego wpływu na organizm.

Niektóre geny, gdy są zmutowane, są szkodliwe, jak te, które zwiększają ryzyko zachorowania na raka. Wiele osób zna mutacje BRCA1 i BRCA2, które predysponują do raka piersi. Geny te są nazywane genami supresorowymi nowotworów, które kodują białka, które kontrolują naprawę uszkodzonego DNA (lub eliminację komórki z uszkodzonym DNA, jeśli naprawa nie jest możliwa).

Różne choroby i stany związane z dziedzicznymi mutacjami genów mogą bezpośrednio wpływać na długość życia. Należą do nich mukowiscydoza, niedokrwistość sierpowata, choroba Tay-Sachsa i choroba Huntingtona, żeby wymienić tylko kilka.

Kluczowe pojęcia w genetycznej teorii starzenia

Kluczowe koncepcje genetyki i starzenia się obejmują kilka ważnych koncepcji i pomysłów, od skracania telomerów po teorie dotyczące roli komórek macierzystych w procesie starzenia.

Telomery - Na końcu każdego z naszych chromosomów znajduje się kawałek "śmieciowego" DNA zwanego telomerami. Telomery nie kodują żadnych białek, ale wydają się pełnić funkcję ochronną, nie wiążąc końcówek DNA z innymi fragmentami DNA lub tworząc krąg. Za każdym razem, gdy komórka dzieli trochę więcej telomerów, zostaje odcięta. Ostatecznie. nie pozostało już nic z tego śmieciowego DNA, a dalsze wycinanie może uszkodzić chromosomy i geny, tak że komórka umiera.

Ogólnie średnia komórka jest w stanie podzielić 50 razy zanim telomer zostanie zużyty (limit Hayflick). Komórki nowotworowe wymyśliły sposób, aby nie usuwać, a czasem nawet dodawać do części telomeru. Ponadto niektóre komórki, takie jak białe krwinki, nie ulegają takiemu skróceniu telomerów. Wydaje się, że podczas gdy geny we wszystkich naszych komórkach mają słowo kodowe dla enzymu telomerazy, który hamuje skracanie telomerów i prawdopodobnie nawet powoduje wydłużenie, gen jest "włączony" lub "wyrażony", jak mówią genetyści, w komórkach takich jak biały komórki krwi i komórki rakowe. Naukowcy przekonali się, że gdyby ta telomerazy mogła w jakiś sposób zostać włączona w innych komórkach (ale nie tak bardzo, że ich wzrost byłby taki sam jak w komórkach nowotworowych), nasza granica wieku mogłaby zostać rozszerzona.

Badania wykazały, że niektóre choroby przewlekłe, takie jak wysokie ciśnienie krwi, wiążą się z mniejszą aktywnością telomerazy, podczas gdy zdrowa dieta i ćwiczenia są powiązane z dłuższymi telomerami. Nadwaga wiąże się również z krótszymi telomerami.

Geny długowieczności - Geny długowieczności są specyficznymi genami, które wiążą się z dłuższym życiem. Dwa geny bezpośrednio związane z długowiecznością to SIRT1 (sirtuina 1) i SIRT2. Naukowcy, patrząc na grupę ponad 800 osób w wieku 100 lat lub starszą, odkryli trzy istotne różnice w genach związanych ze starzeniem.

Starzenie się komórek - Starzenie się komórek odnosi się do procesu, w którym komórki rozpadają się w czasie. Może to być związane ze skracaniem telomerów lub procesem apoptozy (lub samobójstwa komórek), w którym usuwane są stare lub uszkodzone komórki.

Komórki macierzyste - Pluripotentne komórki macierzyste to niedojrzałe komórki, które mogą stać się dowolnym typem komórki w ciele. Uważa się, że starzenie się może być związane albo z wyczerpaniem komórek macierzystych, albo z utratą zdolności komórek macierzystych do różnicowania lub dojrzewania do różnych rodzajów komórek. Należy zauważyć, że teoria ta dotyczy dorosłych komórek macierzystych, a nie embrionalnych komórek macierzystych. W przeciwieństwie do embrionalnych komórek macierzystych, dorosłe komórki macierzyste nie mogą dojrzewać do komórek dowolnego typu, a jedynie do pewnej liczby typów komórek. Większość komórek w naszym ciele jest zróżnicowana lub w pełni dojrzała, a komórki macierzyste to tylko niewielka liczba komórek obecnych w ciele.

Przykładem typu tkanki, w którym możliwa jest regeneracja za pomocą tej metody, jest wątroba. Jest to przeciwieństwo tkanki mózgowej, która zwykle nie ma potencjału regeneracyjnego. Obecnie istnieją dowody na to, że w procesie starzenia mogą wpływać na same komórki macierzyste, ale te teorie są podobne do zagadnień dotyczących kurczaków i jaj. Nie jest pewne, czy starzenie się występuje z powodu zmian w komórkach macierzystych, czy też, zamiast tego, zmiany w komórkach macierzystych wynikają z procesu starzenia.

Epigenetyka - Epigenetyka odnosi się do ekspresji genów. Innymi słowy, gen może być obecny, ale może być włączony lub wyłączony. Wiemy, że w ciele są pewne geny, które są włączane tylko przez określony czas. Dziedzina epigenetyki pomaga także naukowcom zrozumieć, jak czynniki środowiskowe mogą działać w ramach ograniczeń genetycznych, aby chronić lub predysponować do choroby.

Trzy podstawowe teorie genetyczne starzenia

Jak zauważono powyżej, istnieje znaczna ilość dowodów, które badają znaczenie genów w oczekiwanym przeżyciu. Analizując teorie genetyczne, dzieli się je na trzy podstawowe szkoły myślenia.

• Pierwsza teoria mówi, że starzenie się jest związane z mutacjami, które są związane z długotrwałym przeżyciem i że starzenie się jest związane z nagromadzeniem mutacji genetycznych, które nie są naprawiane.
• Inna teoria mówi, że starzenie się wiąże się z późnym działaniem pewnych genów i jest określane jako plejotropowy antagonizm.
• Jeszcze inna teoria, zasugerowana w oparciu o przetrwanie w oposach, jest taka, że ​​środowisko, które stwarza niewiele zagrożeń, aby ingerować w oczekiwaną długość życia, spowodowałoby wzrost liczby członków, którzy mają mutacje spowalniające proces starzenia.

Dowody za teorią

Istnieje kilka dróg dowodowych, które wspierają genetyczną teorię starzenia się, przynajmniej w części.

Być może najsilniejszym dowodem wspierającym teorię genetyczną są znaczące różnice między gatunkami w zakresie maksymalnego przeżycia, przy czym niektóre gatunki (takie jak motyle) mają bardzo krótką żywotność, a inne, takie jak słonie i wieloryby, są podobne do naszych. W obrębie jednego gatunku przeżycie jest podobne, ale przeżycie może być bardzo różne między dwoma gatunkami, które w przeciwnym razie są podobne pod względem wielkości.

Badania bliźniąt również wspierają komponent genetyczny, ponieważ bliźnięta jednojajowe (bliźnięta jednojajowe) są znacznie bardziej podobne pod względem długości życia niż bliźnięta nieidentyczne lub dwuzygotyczne. Ocena identycznych bliźniąt, które zostały wychowane razem i porównanie tego z identycznymi bliźniętami, które są wychowywane osobno, może pomóc w oddzieleniu czynników behawioralnych, takich jak dieta i inne nawyki związane ze stylem życia, jako przyczyny rodzinnych trendów w długowieczności.

Dalsze dowody na szeroką skalę zostały znalezione przez spojrzenie na efekt mutacji genetycznych u innych zwierząt. U niektórych robaków, a także niektórych myszy, mutacja pojedynczego genu może wydłużyć przeżycie o ponad 50 procent.

Ponadto znajdujemy dowody na niektóre z konkretnych mechanizmów związanych z teorią genetyczną. Bezpośrednie pomiary długości telomerów wykazały, że telomery są podatne na czynniki genetyczne, które mogą przyspieszyć tempo starzenia.

Dowody przeciwko genetycznym teoriom starzenia

Jeden z mocniejszych argumentów przeciwko genetycznej teorii starzenia się lub "zaprogramowanej długości życia" pochodzi z perspektywy ewolucyjnej. Dlaczego miałaby istnieć określona długość życia poza rozmnażaniem? Innymi słowy, jaki "cel" istnieje dla życia po tym, jak osoba się rozmnażała i żyła wystarczająco długo, aby wychować swoje potomstwo w dorosłym życiu?

Z tego, co wiemy o stylu życia i chorobie, wynika również, że istnieje wiele innych czynników związanych ze starzeniem się. Identyczne bliźnięta mogą mieć bardzo różną długość życia w zależności od ich ekspozycji, czynników związanych ze stylem życia (takich jak palenie tytoniu) i wzorców aktywności fizycznej.

Dolna linia

Szacuje się, że geny potrafią wytłumaczyć maksymalnie 35 procent długości życia, ale wciąż nie wiemy więcej o starzeniu niż to, co rozumiemy. Ogólnie rzecz biorąc, proces starzenia się jest wieloczynnikowy, co oznacza, że ​​jest to prawdopodobnie kombinacja kilku teorii. Należy również zauważyć, że omawiane tutaj teorie nie wykluczają się wzajemnie. Pojęcie epigenetyki, czyli tego, czy gen, który jest obecny, jest "wyrażany", może jeszcze bardziej zmącić nasze zrozumienie.

Oprócz genetyki istnieją inne determinanty starzenia się, takie jak nasze zachowania, ekspozycje i zwykłe szczęście. Nie jesteście skazani na śmierć, jeśli członkowie waszej rodziny zwykle umierają młodo i nie można ignorować waszego zdrowia, nawet jeśli członkowie waszej rodziny żyją długo.

Co możesz zrobić, aby zmniejszyć "genetyczne" starzenie się komórek?

Nauczyliśmy się jeść zdrową dietę i być aktywni, a te czynniki związane ze stylem życia są równie ważne, niezależnie od tego, jak wiele naszych genów zaangażowanych jest w proces starzenia się. Te same praktyki, które zdają się utrzymywać zdrowe narządy i tkanki naszych ciał, mogą również utrzymać nasze geny i chromosomy w zdrowiu.

Bez względu na szczególne przyczyny starzenia się, może to mieć wpływ na:

• Ćwiczenia - Badania wykazały, że aktywność fizyczna nie tylko pomaga prawidłowo funkcjonować sercu i płucom, ale także wydłuża czas działania telomerów.
• Jedz zdrową dietę - dieta bogata w owoce i warzywa wiąże się z większą aktywnością telomerazy (w efekcie mniej skraca telomery w komórkach). Dieta bogata w kwasy tłuszczowe omega-3 jest związana z dłuższymi telomerami, ale dieta bogata w kwasy tłuszczowe omega-6 jest odwrotna i związana z krótszymi telomerami. Ponadto spożycie sody pop wiąże się z krótszymi telomerami.Reservatrol, składnik odpowiedzialny za ekscytację z picia czerwonego wina (ale także w bezalkoholowym soku z czerwonych winogron) wydaje się aktywować białko długowieczności SIRT
• Redukować stres
• Unikaj czynników rakotwórczych
• Utrzymaj zdrową wagę - nie tylko otyłość wiąże się z niektórymi genetycznymi mechanizmami związanymi z procesem starzenia się wymienionymi powyżej (takimi jak zwiększone skracanie telomerów), ale powtarzające się badania wykazały korzyści dla długowieczności związane z ograniczeniem kalorii. Pierwsza zasada w stylu profilaktyki przeciwnowotworowej wydana przez Amerykański Instytut Badań nad Rakiem - być tak szczupła, jak to możliwe bez niedowagi - może odgrywać rolę w długowieczności, a także w profilaktyce raka i zapobieganiu nawrotom raka.