Kako geni vplivajo na staranje in kako lahko "spremenite" svoje gene
Vaša DNK lahko predvidi več o tebi, kot je videti. Glede na genetsko teorijo staranja so vaši geni (pa tudi mutacije v teh genih) odgovorni za to, kako dolgo boste živeli. Tukaj je tisto, kar morate vedeti o genih in dolgoživosti, in kjer se genetika ujema med različnimi teorijami staranja.
Genetska teorija staranja - definicija
Genetska teorija staranja navaja, da življenjsko dobo v veliki meri določajo geni, ki jih podedujemo.
Glede na teorijo je naša dolgoživost določena v trenutku zasnove in je v veliki meri odvisna od staršev in njihovih genov.
Osnova te teorije je, da segmenti DNK, ki se pojavijo na koncu kromosomov, imenovani telomerov , določajo maksimalno življenjsko dobo celice. Telomere so koščki "junk" DNA na koncu kromosomov, ki postanejo krajši vsakič, ko se celica razdeli. Ti telomeri postanejo krajši in krajši in sčasoma se celice ne morejo ločiti, ne da bi izgubile pomembne dele DNK.
Preden se ukvarjamo s tem, kako genetika vpliva na staranje, in argumente te teorije in proti njej, bi bilo koristno, da bi na kratko razpravljali o primarnih kategorijah teorij staranja in nekaterih posebnih teorijah v teh kategorijah. V tem trenutku ni nobene teorije ali celo ene kategorije teorij, ki lahko pojasni vse, kar opazujemo v procesu staranja.
Teorija staranja
Obstajata dve primarni kategoriji teorij staranja, ki se bistveno razlikujejo v tem, kar se lahko imenuje "namen" staranja. V prvi kategoriji je staranje v bistvu nesreča; kopičenje poškodb in obrabo telesa, ki sčasoma vodi do smrti. V nasprotju s tem programirane teorije staranja vidijo staranje kot nameren proces, ki je nadzorovan na način, ki ga lahko primerjamo z drugimi življenjskimi fazami, kot je puberteta.
Teorije napak vključujejo več ločenih teorij, vključno z:
- Obravnava teorije staranja
- Stopnja življenja teorija staranja
- Znova povezana teorija proteinov
- Prosta radikalna teorija staranja
- Somatska mutacija teorija staranja
Programirane teorije staranja so razčlenjene tudi v različne kategorije, ki temeljijo na metodi, v kateri so naše telo programirane, da starostno in umre.
- Programirana dolgoživost - programirana dolgoživost trdi, da je življenje določeno s sekvencnim vklopom in izklopom genov.
- Endokrini teorija staranja
- Imunološka teorija staranja
Te teorije in celo kategorije teorij o staranju se močno prekrivajo.
Geni in telesne funkcije
Preden razpravljamo o ključnih konceptih, povezanih s staranjem in genetiko, preglejte, kaj je naša DNA in nekateri od osnovnih načinov, kako geni vplivajo na našo življenjsko dobo.
Naši geni vsebujejo našo DNK, ki je prisotna v jedru (notranji prostor) vsake celice v naših telesih. (Obstajajo tudi mitohondrijske DNK v organelih, imenovane mitohondrije, ki so prisotne v citoplazmi celice.) Vsak ima 46 kromosomov, ki sestavljajo našo DNK, 23 od katerih prihajajo od naših mater in 23, ki prihajajo od naših očetov. Od teh je 44 avtosomov, dva pa sta spolni kromosomi, ki določajo, ali smo moški ali ženski.
(Mitohondrijska DNA, nasprotno, nosi veliko manj genetskih podatkov in jo prejmejo samo naše matere).
V teh kromosomih ležijo naši geni, naš genetski bluepirint, odgovoren za prenos informacij za vsak proces, ki bo potekal v naših celicah. Naše gene lahko predvidimo kot serijo črk, ki sestavljajo besede in stavke navodil. Te besede in stavki kode za proizvodnjo beljakovin, ki nadzorujejo vsak celični proces.
Če je katerikoli od teh genov poškodovan, na primer z mutacijo, ki v navodilih spreminja serijo "črk in besed", se lahko proizvede nenormalni protein, ki pa pokaže napako.
Če pride do mutacije v beljakovinah, ki uravnavajo rast celice, lahko pride do raka. Če so ti geni mutirani od rojstva, se lahko pojavijo različni dedni sindromi. Na primer, cistična fibroza je pogoj, v katerem otrok podeduje dva mutirana gena, ki uravnavata beljakovine, ki uravnavajo kanale, odgovorne za gibanje klorida čez celice v znojnih žlezah, prebavnih žlezah in več. Rezultat te posamezne mutacije povzroči zgoščevanje sluzi, ki ga proizvajajo te žleze, in posledične težave, ki so povezane s tem pogojem.
Kako geni vplivajo na življenje
Ne zahteva natančne študije, ki bi ugotovila, ali imajo naši geni vsaj določeno vlogo pri dolgotrajnosti. Ljudje, katerih starši in predniki živijo dlje, živijo dlje in obratno. Obenem vemo, da samo genetika ni edini razlog staranja. Študije, ki gledajo na identične dvojčke, kažejo, da se očitno kaj drugega dogaja; enaki dvojčki, ki imajo enake gene, ne živijo vedno enako število let.
Nekateri geni so koristni in povečujejo dolgoživost. Na primer, gen, ki pomaga osebi presnavljati holesterol, bi zmanjšal tveganje za srčno bolezen.
Nekatere genske mutacije so podedovane in lahko skrajšajo življenjsko dobo. Vendar se lahko po porodu pojavijo tudi mutacije, ker lahko izpostavljenost toksinom, prostim radikalom in sevanju povzroči spremembe genov. (Genske mutacije, pridobljene po rojstvu, so označene kot pridobljene ali somatske mutacije genov.) Večina mutacij ni slaba za vas, nekatere pa lahko celo koristne. To je zato, ker genetske mutacije ustvarjajo genetsko raznovrstnost, ki ohranja populacijo zdravi. Druge mutacije, imenovane tihe mutacije, sploh ne vplivajo na telo.
Nekateri geni so mutirani škodljivi, kot tisti, ki povečajo tveganje za raka. Mnogi ljudje poznajo mutacije BRCA1 in BRCA2, ki povzročajo raka dojke. Ti geni se imenujejo geni supresorjev tumorja, ki kodirajo proteine, ki nadzorujejo popravilo poškodovane DNK (ali odstranitev celice s poškodovano DNK, če popravilo ni mogoče.)
Različne bolezni in pogoji, povezani z dednimi genskimi mutacijami, lahko neposredno vplivajo na življenjsko dobo. Te vključujejo cistično fibrozo , anemijo srpastih celic , bolezen Tay-Sachs in Huntingtonovo bolezen , da navedemo nekaj.
Ključni pojmi v genetski teoriji staranja
Ključni pojmi v genetiki in staranju vključujejo več pomembnih konceptov in idej, od telomere skrajšanje do teorij o vlogi izvornih celic pri staranju.
Telomeres - Na koncu vsakega od naših kromosomov leži kos "junk" DNA, imenovan telomeres . Telomeri ne kodirajo nobenih proteinov, ampak se zdijo, da imajo zaščitno funkcijo, tako da se konci DNK prilagajajo drugim delom DNK ali tvorijo krog. Vsakič, ko se celica deli več telemora, se izklopi. Sčasoma. nobena od teh neželenih DNK ni ostala, nadaljnji odrezki pa lahko poškodujejo kromosome in gene, tako da celica umre.
Na splošno se lahko povprečna celica 50-krat razdeli, preden se telomera porabi (meja Hayflick). Kancerogene celice so ugotovile način, da ne odstranijo in včasih celo dodajo, del telomere. Poleg tega nekaterim celicam, kot so bele krvničke, ta postopek telomere ni krajši . Zdi se, da medtem ko geni v vseh naših celicah vsebujejo kodno besedo za encim telomerazo, ki zavira telomerno skrajšanje in morda celo podaljšuje, je gen samo "vklopljen" ali "izražen", kot pravijo genetiki v celicah, kot je bela krvne celice in rakave celice. Znanstveniki so teoretizirali, da bi se lahko, če bi se ta telomeraza nekako vklopila v druge celice (vendar ne toliko, da bi njihova rast rasla kot v rakavih celicah), naša starostna meja lahko razširila.
Študije so ugotovile, da so nekateri kronični pogoji, kot je visok krvni tlak, povezani z manj telomerazno dejavnostjo, medtem ko je zdravo prehranjevanje in telesna aktivnost povezana z daljšimi telomerami. Prekomerna telesna teža je povezana tudi s krajšimi telomerami.
Geni za dolgotrajnost - Geni za dolgoživost so specifični geni, ki so povezani z daljšim življenjem. Dva gena, ki sta neposredno povezana z dolgoživosti, sta SIRT1 (sirtruin 1) in SIRT2. Znanstveniki, ki iščejo skupino več kot 800 ljudi, starih 100 let ali več, so ugotovili tri pomembne razlike v geni, povezanih s staranjem.
Celična senescenca - Cell senescence se nanaša na proces, s katerim celice razpadejo skozi čas. To je lahko povezano s skrajšanjem telomerov ali z apoptozo (ali samomorom celice), v katerem so odstranjene stare ali poškodovane celice.
Matične celice - Pluripotentne matične celice so nezrele celice, ki imajo potencial, da postanejo kakršne koli celice v telesu. Teorijo je, da je staranje lahko povezano z izčrpavanjem izvornih celic ali izgubo sposobnosti matičnih celic, da bi razlikovale ali zrele v različne vrste celic. Pomembno je omeniti, da se ta teorija nanaša na matične celice odraslih, ne na embrionalne izvorne celice. Za razliko od embrionalnih matičnih celic matične celice odraslih ne morejo zresti v katero koli vrsto celice, temveč le določeno število vrst celic. Večina celic v našem telesu je diferencirana ali popolnoma zrela, matične celice pa le majhno število celic v telesu.
Primer tkivnega tipa, pri katerem je regeneracija s to metodo, je jetra. To je v nasprotju z možganskim tkivom, ki ponavadi nima tega regenerativnega potenciala. Zdaj obstajajo dokazi, da se v procesu staranja lahko pojavijo same matične celice, vendar so te teorije podobne vprašanju piščanca in jajc. Ni verjetno, da bi se staranje zgodilo zaradi sprememb v izvornih celicah, ali če so spremembe v izvornih celicah posledica staranja.
Epigenetika - Epigenetika se nanaša na izražanje genov. Z drugimi besedami, lahko je prisoten gen, vendar ga je mogoče vklopiti ali izklopiti. Vemo, da v telesu obstajajo nekateri geni, ki so vključeni le za določeno časovno obdobje. Področje epigenetike prav tako pomaga znanstvenikom, da razumejo, kako dejavniki okolja lahko delujejo v okviru omejitev genetike, bodisi da bi zaščitili ali prednizovali bolezni.
Tri primarne genetske teorije staranja
Kot je bilo že omenjeno, obstaja veliko dokazov, ki obravnavajo pomen genov pri pričakovanem preživetju. Če pogledamo genetske teorije, jih razdelimo na tri osnovne šole misli.
- Prva teorija trdi, da je staranje povezano z mutacijami, ki so povezane z dolgotrajnim preživetjem, in da je staranje povezano z akumulacijo genetskih mutacij, ki se ne popravljajo.
- Druga teorija je, da je staranje povezano s poznimi učinki določenih genov in se imenuje pleiotropski antagonizem.
- Še ena teorija, predlagana na podlagi preživetja v opossums, je, da bi okolje, ki bi predstavljalo malo nevarnosti za motenje pričakovane življenjske dobe, povzročilo povečanje števila članov, ki imajo mutacije, ki upočasnjujejo proces staranja.
Dokazi za teorijo
Obstaja več dokazov, ki podpirajo genetsko teorijo staranja, vsaj deloma.
Morda so najmočnejši dokazi v podporo genetski teoriji znatne razlike med vrstami pri največjem preživetju, pri čemer imajo nekatere vrste (kot so metulji) zelo kratke življenjske dobe, medtem ko so drugi, kot so sloni in kitovi, podobni našim. V eni sami vrsti je preživetje podobno, preživetje pa se lahko zelo razlikuje med dvema vrstama, ki so sicer podobne velikosti.
Študije dvojčkov podpirajo tudi gensko komponento, saj sta identična dvojčka (monozigotska dvojčka) veliko bolj podobna glede na pričakovano življenjsko dobo, kot sta neidentični ali dvignjeni dezigoti. Vrednotenje identičnih dvojčkov, ki so bili vzgojeni skupaj in jih nasprotujejo z identičnimi dvojčki, ki so vzgojeni narazen, lahko pomagajo ločiti vedenjske dejavnike, kot so prehrana in druge življenjske navade kot vzrok družinskih trendov v dolgoživosti.
Nadaljnji dokazi v širšem obsegu so bili ugotovljeni z analizo učinka genskih mutacij pri drugih živalih. V nekaterih črvih in nekaterih miših lahko enojna genska mutacija podaljša preživetje za več kot 50 odstotkov.
Poleg tega najdemo dokaze za nekatere specifične mehanizme, ki so vključeni v genetsko teorijo. Neposredne meritve dolžine telomere so pokazale, da so telomeri občutljivi na genske dejavnike, ki lahko pospešijo stopnjo staranja.
Dokazi proti genetskim teorijam staranja
Eden od močnejših argumentov proti genetski teoriji staranja ali "programiranemu življenju" izhaja iz evolucijskega vidika. Zakaj bi določena življenjska doba presegala reprodukcijo? Z drugimi besedami, kakšen "namen" je za življenje, ko se je oseba razmnožila in bila živa dovolj dolgo, da je vzgojila svojo potomstvo odraslosti?
Prav tako je jasno, kaj vemo o življenjskem slogu in bolezni, da obstaja veliko drugih dejavnikov pri staranju. Identični dvojčki imajo lahko zelo različne življenjske dobe, odvisno od njihove izpostavljenosti, njihovih življenjskih dejavnikov (kot so kajenje) in vzorcev telesne dejavnosti.
Spodnja črta
Ocenjeno je bilo, da lahko geni pojasnjujejo največ 35 odstotkov življenjske dobe, vendar še vedno ne razumemo staranja, kot smo jih razumeli. Na splošno je verjetno, da je staranje večfaktorski proces, kar pomeni, da je to verjetno kombinacija več teorij. Prav tako je pomembno opozoriti, da teorije, o katerih se razpravljamo tukaj, se med seboj ne izključujejo. Koncept epigenetike ali pa, ali je prisotni gen "izražen" ali ne, lahko dodatno razburja naše razumevanje.
Poleg genetike obstajajo tudi drugi dejavniki staranja, kot so naše vedenje, izpostavljenosti in preprosta sreča. Niste obsojeni, če vaši družinski člani pogosteje umirajo mladi in svojega zdravja ne morete prezreti, tudi če vaši družinski člani težijo dolgo živeti.
Kaj lahko storite, da zmanjšate "genetsko" staranje celic?
Učili smo se, da bi jedli zdravo prehrano in bili dejavni in ti dejavniki življenjskega sloga so verjetno prav tako pomembni, ne glede na to, koliko naša genetika je vključena v staranje. Enake prakse, ki zdijo, da ohranjajo organe in tkiva zdrave telesne mase, lahko tudi ohranijo naše gene in kromosome zdrave.
Ne glede na posebne vzroke staranja lahko to vpliva na:
- Vaja - Študije so ugotovile, da telesna dejavnost ne pomaga le dobro, ampak tudi telo.
- Jejte zdravo prehrano - prehrana z visoko vsebnostjo sadja in zelenjave je povezana z večjo telomerazno aktivnostjo (v bistvu manj krajšanje telomerov v celicah). Dieta z omega-3-maščobnimi kislinami je povezana z daljšimi telomeri, vendar je prehrana, visoka v omega-6-maščobnih kislinah, nasprotna in povezana s krajšimi telomeri. Poleg tega je vnos soda pop povezan s krajšimi telomerami. Reservatrol, sestavina, ki je odgovorna za navdušenje nad pitjem rdečega vina (ampak tudi v brezalkoholnem rdečem grozdnem soku), se zdi, da aktivira dolgotrajno beljakovino SIRT
- Zmanjšajte stres
- Izogibajte se rakotvornim snovem
- Ohranjati zdravo telesno težo - Ne samo, da je debelost povezana z nekaterimi genetskimi mehanizmi, povezanimi z zgoraj omenjenim staranjem (kot je povečano skrajšanje telomerov), ponavljajoče se študije pa so ugotovile dolgotrajne prednosti, povezane z omejevanjem kalorij. Prvo načelo v načinu preprečevanja raka, ki ga je navedel ameriški inštitut za raziskave o raku, bi lahko imelo čim večjo zmožnost, ne da bi bilo pomanjkanje telesne teže, pa bi lahko imelo vlogo pri dolgotrajnosti, pa tudi pri preprečevanju raka in preprečevanju ponovitve raka.
Viri:
Jin, K. Sodobne biološke teorije staranja. Staranje in bolezen . 2010. 1 (2): 72-74.
Kasper, Dennis, Anthony Fauci, Stephen Hauser, Dan Longo in J. Jameson. Harrisonova načela notranje medicine. New York: McGraw-Hill Education, 2015. Natisni.
Kumar, Vinay, Abul K. Abbas, Jon C. Aster in James A. Perkins. Robbins in Cotran Pathologic Basis of Disease. Philadelphia, PA: Elsevier / Saunders, 2015. Natisni.
Leung, C., Laraia, B., Needham, B. et al. Soda in staranje celic: zveze med porabo sladkorja in sladkorne pijače ter dolžino teluera levkocitov v zdravih odraslih iz nacionalnih zdravstvenih in prehrambenih raziskav. American Journal of Public Health . 2014. 104 (12): 2425-31.
Smith, J. in R. Daniel. Matične celice in staranje: problem piščanca ali jajčevca ?. Staranje in bolezen . 2012. 3 (3): 260-267.