Kako geni utječu na starenje i kako možete "izmijeniti" svoje gene
Vaša DNK može predvideti više o tebi nego što izgledaš. Prema genetičkoj teoriji starenja, vaši geni (kao i mutacije u tim genomima) su odgovorni koliko dugo ćeš živeti. Evo šta biste trebali znati o genima i dugovečnosti, i gde se genetika uklapa među različite teorije starenja.
Genetska teorija starenja - Definicija
Genetska teorija starenja tvrdi da je životni vek u velikoj mjeri određen genomom koji nas nasledimo.
Prema teoriji, naša dugovječnost se prvenstveno određuje u trenutku koncepcije i u velikoj meri zavisi od naših roditelja i njihovih gena.
Osnova ove teorije je da segmenti DNK koji se javljaju na kraju hromozoma, nazvani telomerima , određuju maksimalni životni vek ćelije. Telomeri su komadiće "junk" DNK na kraju hromozoma koji postaju kraći svaki put kad ćelija deli. Ovi telomeri postaju kraći i kraći, a na kraju, ćelije se ne mogu podijeliti bez gubitka važnih dijelova DNK.
Prije nego što se uveličate u načine kako genetika utiče na starenje, i argumente za i protiv te teorije, korisno je da ukratko diskutujemo o primarnim kategorijama teorija starenja i nekim od specifičnih teorija u ovim kategorijama. Trenutno ne postoji ni jedna teorija niti jedna kategorija teorija koja može objasniti sve što posmatramo u procesu starenja.
Teorije starenja
Postoje dve osnovne kategorije teorija starenja koje se fundamentalno razlikuju u onome što se može nazvati "svrha" starenja. U prvoj kategoriji starenje je u suštini nesreća; akumulacija oštećenja i habanja na telo koje na kraju dovede do smrti. Nasuprot tome, programirane teorije starenja gledaju na starenje kao namerni proces, kontrolisan na način koji se može uporediti sa drugim fazama života, kao što je pubertet.
Teorija grešaka uključuje nekoliko različitih teorija uključujući:
- Nositi teoriju starenja
- Teorija starosne dobi
- Ponovo je teorija unakrsnog povezivanja
- Slobodna radikalna teorija starenja
- Somatska mutacijska teorija starenja
Programirane teorije starenja takođe su podeljene u različite kategorije na osnovu načina na koji se naše telo programira da staraju i umiru.
- Programirana dugovječnost - programirana dugovječnost tvrdi da je život određen sekvencijalnim uključivanjem i isključivanjem gena.
- Endokrini teorija starenja
- Imunološka teorija starenja
Postoji značajno preklapanje te teorije i čak kategorija teorija starenja.
Geni i telesne funkcije
Pre nego što razgovaramo o ključnim konceptima koji se odnose na starenje i genetiku, pogledajte šta je naša DNK i neki od osnovnih načina na koje geni utiču na naš životni vek.
Naši geni su sadržani u našoj DNK koja je prisutna u jezgru (unutrašnja površina) svake ćelije u našim telima. (Postoji i mitohondrijalna DNK prisutna u organelima zvanim mitohondrijama koje su prisutne u citoplazmi ćelije.) Svako ima 46 hromozoma koji čine našu DNK, 23 od kojih dolaze od naših majki i 23 koji dolaze od naših očeva. Od toga, 44 su autosomi, a dva su hromozomi pola, koji određuju da li ćemo biti muški ili ženski.
(Mitohondrijska DNK, s druge strane, nosi mnogo manje genetskih informacija i primaju samo naše majke.)
U okviru ovih hromozoma nalaze se naši geni, naš genetski bluepirint odgovoran za prenošenje informacija za svaki proces koji će se odvijati u našim ćelijama. Naši geni se mogu zamisliti kao serija pisama koja čine riječi i rečenice instrukcija. Ove reči i rečenice šifriraju za proizvodnju proteina koji kontrolišu svaki ćelijski proces.
Ako je neki od ovih gena oštećen, na primer, putem mutacije koja menja seriju "slova i reči" u uputstvima, može se proizvoditi abnormalni protein, koji zauzvrat vrši defektnu funkciju.
Ako se javlja mutacija u proteini koji regulišu rast ćelije, može doći do raka. Ako su ovi geni mutirani od rođenja, mogu se pojaviti različiti nasledni sindromi. Na primjer, cistična fibroza je stanje u kojem dijete nasljeđuje dva mutirana gena koji kontrolišu protein koji reguliše kanale odgovorne za kretanje hlorida preko ćelija u znojnim žlezdama, digestivnim žlezdama i još mnogo toga. Rezultat ove pojedinačne mutacije rezultira u zgušnjavanju sluzi proizvedene ovim žlezdama i rezultirajućim problemima koji su povezani sa ovim uslovima.
Kako geni utiču na život
Ne uzima se elaborativna studija koja određuje da naši geni igraju određenu ulogu u dugovječnosti. Ljudi čiji su roditelji i preci živeli duže, žive duže i obrnuto. Istovremeno, znamo da samo genetika nije jedini uzrok starenja. Studije koje gledaju identične blizance otkrivaju da se nešto drugo dešava; identični blizanci koji imaju identične gene ne žive uvijek identičan broj godina.
Neki geni su korisni i poboljšavaju dugovečnost. Na primer, gen koji pomaže osobi da metabolizira holesterol bi smanjio rizik od srčanih oboljenja.
Neke genske mutacije su nasleđene i mogu skratiti životni vijek. Međutim, mutacije se mogu desiti i nakon porođaja , jer izlaganje toksinama, slobodnim radikalima i zračenju može izazvati promene gena. (Gene mutacije stečene nakon rođenja nazivaju se stečenim ili somatskim mutacijama gena.) Većina mutacija nije loša za vas, a neke čak mogu biti korisne. To je zato što genetske mutacije stvaraju genetičku raznovrsnost, koja održava stanovništvo zdravo. Druge mutacije, nazvane tihim mutacijama, uopšte ne utiču na telo.
Neki geni, kada su mutirani, štetni, poput onih koji povećavaju rizik od raka. Mnogi ljudi su upoznati sa BRCA1 i BRCA2 mutacijama koje predisponiraju rak dojke. Ovi geni se nazivaju genom supresora tumora koji kodiraju proteine koji kontrolišu popravku oštećene DNK (ili eliminaciju ćelije sa oštećenom DNK ako popravka nije moguća.)
Razne bolesti i uslovi koji se odnose na nasledne genske mutacije mogu direktno uticati na životni vijek. Tu spadaju cistična fibroza , anemija srpastih ćelija , Tay-Sachsova bolest i Huntingtonova bolest , kako bi se nazvali nekoliko.
Ključni pojmovi u genetskoj teoriji starenja
Ključni pojmovi u genetici i starenju uključuju nekoliko važnih koncepata i ideja koji se kreću od telomera skraćujući do teorija o ulozi matičnih ćelija u starenju.
Telomeres - Na kraju svakog od naših hromozoma leži jedan deo "junk" DNA koji se zovu telomerima . Telomeri ne kode za bilo kakve proteine, ali izgleda da imaju zaštitnu funkciju, čime se krajevi DNK povezuju sa drugim delovima DNK ili formiraju krug. Svaki put kada ćelija deli više telemora, sniža se. Na kraju. nema nijedne od ove junkove DNK, a dalje snipiranje može oštetiti hromozome i gene tako da ćelija umre.
Općenito, prosječna ćelija se može dijeliti 50 puta prije korištenja telomere (Hayflick limit). Ćelije raka su shvatile način da ne uklanjaju, a ponekad i dodaju, deo telomere. Pored toga, neke ćelije, kao što su bele krvne ćelije, ne prolaze kroz ovaj proces skraćivanja telomera . Izgleda da dok geni u svim našim ćelijama imaju kodnu reč za enzim telomerazu koja inhibira skraćenje telomera i eventualno čak rezultira produžavanjem, gen se samo "uključuje" ili "izražava", kako kažu genetičari, u ćelijama kao što su bela krvne ćelije i ćelije raka. Naučnici su uveli teoriju da ako se ova telomeraza nekako može uključiti u druge ćelije (ali ne toliko da bi njihov rast išao na penis kao u ćelijama karcinoma), naša starosna granica bi se mogla proširiti.
Studije su utvrdile da su neki hronični uslovi kao što je visoki krvni pritisak povezani sa manjom telomeraznom aktivnošću, dok je zdrava ishrana i vežbanje povezana sa dužim telomera. Prekomjerna težina je takođe povezana sa kraćim telomima.
Geni dugovečnosti - Geni dugovečnosti su specifični geni koji su povezani sa životom duže. Dva gena koja su direktno povezana sa dugotrajnošću su SIRT1 (sirtruin 1) i SIRT2. Naučnici koji gledaju na grupu od preko 800 ljudi starosti 100 ili više godina, pronašli su tri značajne razlike u geni povezanim sa starenjem.
Cell senescence - Cell senescence se odnosi na proces kojim se ćelije raspadaju tokom vremena. Ovo se može odnositi na skraćivanje telomera ili proces apoptoze (ili ćelijskog samoubistva) u kome se uklanjaju stare ili oštećene ćelije.
Matične ćelije - Pluripotentne matične ćelije su nezrele ćelije koje imaju potencijal da postanu svaka vrsta ćelije u organizmu. Teoretizovano je da starenje može biti povezano sa smanjenjem matičnih ćelija ili gubitkom sposobnosti matičnih ćelija da razlikuju ili sazređuju različite vrste ćelija. Važno je napomenuti da se ova teorija odnosi na odrasle matične ćelije, a ne embrionalne matične ćelije. Za razliku od embrionalnih matičnih ćelija, odrasle matične ćelije ne mogu sazre u bilo koju vrstu ćelije, već samo određeni broj ćelija. Većina ćelija u našim telima je diferencirana, ili potpuno zrela, a matične ćelije su samo mali broj ćelija prisutnih u telu.
Primer tipa tkiva u kome je regeneracija moguća pomoću ove metode je jetra. Ovo je suprotno tkivu mozga koji obično nedostaje ovaj regenerativni potencijal. Sada postoje dokazi da sami matične ćelije mogu biti pogođene u procesu starenja, ali te teorije su slične problemu piletina i jaja. Nije sigurno da se starenje dešava zbog promena matičnih ćelija, ili ako se umesto toga promjene u matičnim ćelijama dovode do procesa starenja.
Epigenetika - Epigenetika se odnosi na ekspresiju gena. Drugim rečima, gen može biti prisutan, ali se može uključiti ili isključiti. Znamo da u telu postoje neki geni koji se uključuju samo određeno vreme. Polje epigenetike takođe pomaže naučnicima da shvate kako faktori životne sredine mogu da rade u ograničenjima genetike kako bi zaštitili ili predispozvali bolesti.
Tri osnovne genetske teorije starenja
Kao što je gore navedeno, postoji značajan broj dokaza koji razmatraju značaj genova u očekivanom preživljavanju. Kada posmatraju genetičke teorije, one su podeljene u tri osnovne škole misli.
- Prva teorija tvrdi da je starenje povezano sa mutacijama koje su povezane sa dugoročnim preživljavanjem i da je starenje povezano sa akumulacijom genetskih mutacija koje se ne popravljaju.
- Druga teorija je da je starenje povezano sa kasnim efektima određenih gena i naziva se pleiotropskim antagonizmom.
- Još jedna teorija, predložena na osnovu preživljavanja u opossums-u, je da okruženje koje predstavlja manje opasnosti da ometa životni vek trajanja bi rezultiralo porastom članova koji imaju mutacije koje usporavaju proces starenja.
Dokazi iza teorije
Postoji nekoliko načina dokaza koji podržavaju genetsku teoriju starenja, barem dijelom.
Možda su najsnažniji dokazi u podršci genetičke teorije značajne razlike u maksimalnom preživljavanju u specifičnim vrstama, pri čemu neke vrste (poput leptira) imaju vrlo kratak životni vijek, a druge, kao što su slonovi i kitovi, slični su našim. U okviru jedne vrste, opstanak je sličan, ali preživljavanje može biti vrlo različito između dve vrste koje su inače slične po veličini.
Studije Twins takođe podržavaju genetičku komponentu, jer su identični blizanci (monozigotski blizanci) mnogo sličniji u pogledu životnog vijeka nego što su neidentični ili dizigotski blizanci. Procenjivanje identičnih blizanaca koji su zajedno podignuti i suprotstavljaju se identičnim blizancima koji su raspoređeni mogu pomoći u odvajanju faktora ponašanja kao što su ishrana i druge navike na način života kao uzrok porodičnih trendova u dugovječnosti.
Dalji dokazi u širokom opsegu su pronađeni posmatrajući efekat genetskih mutacija kod drugih životinja. Kod nekih crva, kao i kod nekih miševa, jedna genetska mutacija može produžiti preživljavanje za više od 50 procenata.
Pored toga, pronalazimo dokaze za neke od specifičnih mehanizama uključenih u genetsku teoriju. Direktna mjerenja dužine telomera su pokazala da su telomeri osjetljivi na genetske faktore koji mogu ubrzati stopu starenja.
Dokazi protiv genetskih teorija starenja
Jedan od jačih argumenata protiv genetičke teorije starenja ili "programiranog životnog veka" dolazi iz evolucionarne perspektive. Zašto bi bilo određenog životnog veka izvan reprodukcije? Drugim riječima, koja "svrha" postoji za život nakon što se osoba reprodukuje i živi dovoljno dugo da podigne potomstvo u odraslo doba?
Takođe je jasno od onoga što znamo o načinu života i bolesti da postoje mnogi drugi faktori starenja. Identični blizanci mogu imati različite životne vijeke u zavisnosti od njihove ekspozicije, faktora njihovog stila života (kao što su pušenje) i obrazaca fizičke aktivnosti.
Bottom Line
Procenjeno je da geni mogu da objasne maksimalno 35 procenata životnog veka, ali još uvek ne razumemo starenje od koje razumemo. Sve u svemu, verovatno je da je starenje multifaktorni proces, što znači da je verovatno kombinacija nekoliko teorija. Važno je napomenuti da se teorije o kojima se ovde raspravlja ne isključuju međusobno. Koncept epigenetike, ili je gen koji je prisutan "izražen" može dodatno utjecati na naše razumijevanje.
Osim genetike, postoje i druge determinante u starenju, kao što su naše ponašanje, izloženosti i jednostavna sreća. Niste osuđeni ako članovi vaše porodice umiru mlado, a ne možete ignorisati svoje zdravlje čak i ako članovi vaše porodice žive dugo.
Šta možete učiniti da biste smanjili "genetsko" starenje ćelija?
Naučeni smo da jedemo zdravo ishrana i budemo aktivni, ai ovi životni faktori su verovatno jednako važni bez obzira na to koliko je naša genetika uključena u starenje. Ista praksa koja izgleda da održava organe i tkiva zdravog tela može takođe da održi zdravlje naših gena i hromozoma.
Bez obzira na određene uzroke starenja, može se napraviti razlika u:
- Vežbe - Studije su utvrdile da fizička aktivnost ne samo što pomaže vašem srcu i plućima, već i vežbama, produžava telomere.
- Jedi zdravu ishranu - Ishrana bogata voća i povrća povezana je sa većom telomeraznom aktivnošću (u suštini, manje smanjivanje telomera u vašim ćelijama). Dijeta visoka u omega-3-masnim kiselinama povezana je sa dužim telomima, ali je prehrana koja je visoko u omega-6-masnim kiselinama suprotna i povezana sa kraćim telomima. Pored toga, soda pop uvez je povezan sa kraćim telomera. Reservatrol, sastojak odgovoran za uzbuđenje nad pitanjem crvenog vina (ali koji se takođe nalazi u bezalkoholičnom crvenom grožđenom soku) čini se da aktivira dugotrajni protein SIRT
- Smanjite stres
- Izbegavajte kancerogene
- Održati zdravu težinu - Ne samo da je gojaznost povezana sa nekim od genetskih mehanizama koji su povezani sa starenjem koji je istaknut gore (kao što je povećano skraćivanje telomera), ali ponovljene studije utvrdile su dugovečnosti koje su povezane sa ograničenjima kalorija. Prvi princip u načinu prevencije raka predviđen od strane američkog instituta za istraživanje raka - može biti što manje moguće, a bez težine - može igrati ulogu dugotrajnosti, kao i prevenciju raka i prevenciju raka.
Izvori:
Jin, K. Moderne biološke teorije starenja. Starenje i bolesti . 2010. 1 (2): 72-74.
Kasper, Denis, Anthony Fauci, Stephen Hauser, Dan Longo i J. Jameson. Harrisonovi principi interne medicine. New York: McGraw-Hill Education, 2015. Štampa.
Kumar, Vinay, Abul K. Abbas, Jon C. Aster i James A. Perkins. Robbins i Cotran Pathologic Basis of Disease. Filadelfija, Pensilvanija: Elsevier / Saunders, 2015. Print.
Leung, C., Laraia, B., Needham, B. i dr. Soda i starenje ćelija: Asocijacije između konzumacije šećera i sladkosti i telesne težine leukocita u zdravim odraslima iz istraživanja o ispitivanju nacionalnog zdravlja i ishrane. Američki časopis za javno zdravlje . 2014. 104 (12): 2425-31.
Smith, J. i R. Daniel. Matične ćelije i starenje: Pitanje piletine ili jaja ?. Starenje i bolesti . 2012. 3 (3): 260-267.