Влияние эпигенетических факторов на укорочение теломер

На сегодняшний День очевидно, что короткие теломеры являются отражением низкого уровня способности систем клетки к восстановлению повреждений ДНК, в том числе теломер, что соответствует повышенному риску развития рака и болезней серДечно-сосуДистой системы. До сих пор основным маркером старения была Длина концевых участков хромосом - теломер. Как считают ученые, это является одной из причин старения организма.

Типы старения человеческого организма многообразны. Одним из таких типов старения на молекулярном уровне является укорочение теломер. Теломеры -это комплексы белков с РНК, защищающие концевые участки хромосом. При каждом цикле деления клетки происходит укорачивание теломер, что приводит к «репликативному старению» клетки. Поскольку теломеры укорачиваются при старении в различных органах и тканях, то их длина может выступать в качестве биомаркера старения. Теломеры представляют собой концевые участки хромосом, которые, как считается, выполняют защитную функцию в хромосомах. Начиная с младенчества их размеры постепенно сокращаются: в среднем до двух раз к зрелому возрасту и до четырех — к пожилому. Как считают ученые, это является одной из причин старения организма [9,10].

В образовании теломер участвует фермент теломераза. До недавнего времени считалось, что теломераза перестает работать в клетках тела взрослого человека, сохраняя свою активность в половых и стволовых клетках, а также в клетках большинства опухолей. Однако ученые установили, что длина теломер была прямо связана с физической активностью после поправок на возраст, пол, вес, курение, социоэкономический статус и физическую активность на работе. Теломеры у наиболее активных были на 200 пар нуклеотидов длиннее, чем у наименее активных. Таким образом, сидячий образ жизни в совокупности с курением, избыточным весом и социоэкономическим статусом влияет на длину теломер и продолжительность жизни.

Кроме того, ученые исследовали 1122 женщин европеоидной расы в возрасте 18-76 лет и выяснили, что длина теломер стабильно уменьшалась с возрастом с частотой 27 пар нуклеотидов в год. Теломеры женщин, страдающих ожирением, были на 240 пар нуклеотидов короче, чем у стройных[6].

У людей, находящихся под воздействием длительного стресса, теломеры укорачиваются гораздо быстрее, чем у их ровесников, находящихся в обычной ситуации. Длина теломер у женщин, испытывающих длительный хронический стресс, эквивалентна их длине у тех, кто на 10 лет старше, но ведет нормальную жизнь.

Следовательно, для предотвращения старения клеток важно поддерживать организм в тонусе с помощью физических упражнений, учиться справляться со стрессом и вести здоровый образ жизни [7].

Другим фактором, вызывающим укорочение теломер как, показали исследования, является — инфекция. В лаборатории Петтери Илмонена ученые экспериментально проверяли, является Salmonella enterica причиной укорочения теломер у одомашненных диких мышей. Мышей несколько раз заражали пятью различными штаммами S. Enterica в течение несколько месяцев. В контрольной группе были родственные им мыши. Длину теломер определяли в белых кровяных тельцах (БКТ) после заражений с помощью ПЦР в режиме реального времени. Результаты показали, что многократное заражение Salmonella вызывает укорочение теломер в БКТ, особенно у особей мужского пола по сравнению с самками. Также было установлено, что более быстрое укорочение теломер повышало риск смертности, однако эти результаты были статистически не значимы. Таким образом, результаты исследований показали, что инфекция провоцирует укорочение теломер, и подтвердили предположение о том, что длина теломер может быть использована как биомаркер для оценки контакта организма с инфекцией и способности справляться с ней [8]. В данный момент проводятся исследования длины и активности теломер у людей с различными заболеваниями, которые являются основными причинами смерти.

Активность генов проявляет определенную гибкость, и питание является превосходным механизмом компенсирования генетических недостатков. Многие генетические системы закладываются в течение первых недель внутриутробного развития и формируются в раннем возрасте. После этого они подвергаются влиянию широкого спектра факторов, в т. ч. пищевых. Это влияние можно назвать «эпигенетическими настройками», определяющими то, как гены проявляют заложенные в них функции. Длина теломер также регулируется эпигенетически. Это означает, что на нее оказывает влияние рацион питания. Плохо питающиеся матери передают детям неполноценные теломеры, что в будущем повышает риск развития заболеваний сердца (для клеток пораженных атеросклерозом артерий характерно большое количество коротких теломер). Напротив, полноценное питание матери способствует формированию у детей теломер оптимальный длины и качества[1,3].

Для полноценного функционирования теломер необходимо их адекватное метилирование. (Метилирование - это химический процесс, заключающийся в присоединении к нуклеиновому основанию ДНК метильной группы (-CH3).) Основным донором метильных групп в клетках человека является кофермент S-аденозилметионин, для синтеза которого организм использует метионин, метилсульфонилметан, холин и бетаин. Для нормального протекания процесса синтеза этого кофермента необходимо присутствие витамина В12, фолиевой кислоты и витамина В6. Фолиевая кислота и витамин В12 одновременно вовлечены во многие механизмы, обеспечивающие стабильность теломер [7,8].

Наиболее важными пищевыми добавками для поддержания теломер являются качественные витаминные комплексы, принимаемые на фоне рациона, содержащего адекватное количество белков, в особенности серосодержащих. В такой рацион должны входить молочные продукты, яйца, мясо, курица, бобовые, орехи и зерновые. Яйца являются наиболее богатым источником холина.

Минералы и антиоксиданты способствуют сохранению стабильности генома и теломер. Питание является превосходным механизмом замедления износа организма. Многие питательные вещества защищают хромосомы, в том числе теломеразную ДНК, и повышают эффективность работы механизмов восстановления ее повреждений. Недостаток антиоксидантов ведет к увеличению количества повреждений под действием свободных радикалов и повышению риска деградации теломер. Например, теломеры пациентов с болезнью Паркинсона короче, чем теломеры здоровых людей такого же возраста. При этом степень деградации теломер непосредственно зависит от выраженности свободно-радикальных повреждений, ассоциированных с заболеванием. Также показано, что женщины, употребляющие с пищей мало антиоксидантов, имеют короткие теломеры и входят в группу повышенного риска развития рака молочной железы [5,8].

Для функционирования многих ферментов, вовлеченных в копирование и восстановление повреждений ДНК, необходим магний. Одно из исследований на животных показало, что недостаток магния ассоциирован с увеличением выраженности свободно-радикальных повреждений и укорочением теломер. Эксперименты на клетках человека продемонстрировали, что отсутствие магния приводит к стремительной деградации теломер и подавляет деление клеток. В день, в зависимости от интенсивности нагрузки и уровня стресса, организм человека должен получать 400-800 мг магния.

Цинк играет важную роль в функционировании и восстановлении ДНК. Недостаток цинка приводит к появлению большого количества разрывов цепочек ДНК. У пожилых людей недостаток цинка ассоциирован с короткими теломерами. Минимальное количество цинка, которое человек должен получать в день, составляет 15 мг, а оптимальные дозировки составляют около 50 мг в день для женщин и 75 мг - для мужчин. Получены данные, согласно которым новый цинкосодержащий антиоксидант карнозин уменьшает скорость укорочения теломер в фибробластах кожи, одновременно замедляя их старение. Карнозин также является важным антиоксидантом для мозга, что делает его хорошим помощников в борьбе со стрессом. Многие антиоксиданты способствуют защите и восстановлению ДНК. Например, установлено, что витамин С замедляет укорочение теломер в клетках сосудистного эндотелия человека [4].

Впечатляет тот факт, что одна из форм витамина Е, известная как токотриенол, способна восстанавливать длину коротких теломер в фибробластах человека. Также есть данные о способности витамина С стимулировать активность удлиняющего теломеры фермента теломеразы. Эти данные свидетельствуют в пользу того, что употребление определенных продуктов питания способствует восстановлению длины теломер, что потенциально является ключом к обращению процесса старения вспять.

Воспаление и инфекции способствуют деградации теломер. Сильные стрессы и инфекции являются двумя примерами причин такого износа, ведущего к укорочению теломер. Оба воздействия имеют выраженный воспалительный компонент, стимулирующий продукцию свободных радикалов и вызывающий повреждения клеток, в том числе теломер.

В условиях сильного воспалительного стресса гибель клеток стимулирует их активное деление, что, в свою очередь, ускоряет деградацию теломер. Кроме того, формирующиеся при воспалительных реакциях свободные радикалы также повреждают теломеры. Таким образом, мы должны прикладывать максимальные усилия к подавлению как острых, так и хронических воспалительных процессов и предотвращению инфекционных заболеваний.

Однако полное исключение из жизни стрессов и воспалительных реакций является невыполнимой задачей. Поэтому хорошей идеей при травмах и инфекционных заболеваниях является добавление в рацион витамина D и докозагексаеновой кислоты (омега-3 жирной кислоты), способных оказать поддержку теломерам в условиях воспаления[5].

Витамин D модулирует количество тепла, генерируемого иммунной системой в ответ на воспаление. При дефиците витамина D существует опасность перегрева организма, синтеза огромного количества свободных радикалов и повреждения теломер. Способность переносить стресс, в том числе инфекционные заболевания, во многом зависит от уровня витамина D в организме. В исследовании с участием 2 100 близнецов женского пола в возрасте 19-79 лет ученые продемонстрировали, что наиболее высокие уровни витамина D ассоциированы с наиболее длинными теломерами, и наоборот. Разница в длине теломер при наиболее высоких и наиболее низких уровнях витамина D соответствовала примерно 5 годам жизни. Еще одно исследование показало, что употребление взрослыми с избыточной массой тела 2 000 МЕ витамина D в день стимулирует активность теломеразы и способствует восстановлению длины теломер, несмотря на метаболический стресс.

Подавление воспалительных процессов естественным образом путем коррекции рациона питания является ключом к сохранению теломер[4].

Еще одним многообещающим природным соединением является ресвератрол. Результаты исследований на животных свидетельствуют о том, что ограничение калорийности рациона при сохранении его питательной ценности сохраняет теломеры и увеличивает продолжительность жизни за счет активации гена sirtuin 1 (sirt1) и повышению синтеза белка сиртуина-1. Функция этого белка заключается в «настройке» систем организма на работу в «режиме экономии», что очень важно для выживания вида в условиях недостатка питательных веществ. Ресвератрол напрямую активирует ген sirt1, что положительно сказывается на состоянии теломер, в особенности в отсутсвие переедания.

На сегодняшний день очевидно, что короткие теломеры являются отражением низкого уровня способности систем клетки к восстановлению повреждений ДНК, в том числе теломер, что соответствует повышенному риску развития рака и болезней сердечно-сосудистой системы. До сих пор основным маркером старения была длина концевых участков хромосом - теломер. Теломерные участки хромосом, характеризующиеся отсутствием способности к соединению с другими хромосомами или их фрагментами, выполняют защитную функцию. Теперь же новым маркером биологического старения организма может стать белок p16INK4a. Известно, что p16INK4a помогает подавлять развитие рака. Данный белок присутствует в Т-клетках иммунной системы, которые играют ключевую роль в борьбе организма с заболеваниями и в восстановлении поврежденных тканей. Количество p16INK4a в крови говорит не только о том, как быстро идет клеточное старение. Ученые также обнаружили связь концентрации белка с образом жизни и вредными привычками человека, такими как табакокурение и гиподинамия, которые ускоряют процесс старения[1,2,3]. Чтобы определить, насколько точны результаты анализа, специалисты изучили образцы крови 170 человек. Испытуемых также попросили заполнить анкету с вопросами о состоянии их здоровья и образе жизни. Как выяснилось, уровень белка p16INK4a не связан с ожирением, хотя снижение калорийности потребляемой пищи может замедлить процесс старения. [1,2]. Куда большее влияние на молекулярное старение оказывает физическая инертность, то есть нехватка физических упражнений.

Таким образом, анализ литературы по изучению теломер позволяет сделать выводы о том, что для продолжительности жизни необходимо: правильно питаться и вести здоровый образ жизни; избегать стрессовых ситуаций, инфекций, ожирения; в рационе питания необходимо определенное количество витаминов В12, фолиевой кислоты, В6, Е, Д и минеральных элементов магния и цинка. Все эти факторы влияют на длину теломер и продолжительность жизни клетки.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Power ML, Schulkin J. The Evolution of Obesity. - Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2009. - 124 р.
  2. Finucane MM, Stevens GA, Cowan MJ, et al. National, regional, and global trends in body-mass index since 1980: systematic analysis of health examination surveys and epidemiological studies with 960 country-years and 9.1 million participants // The Lancet. - 2011. - №377(9765). - Р. 557-567.
  3. King DE, Matheson E, Chirina S, Shankar A, Broman-Fulks J. The status of baby boomers' health in the United States: the healthiest generation? // Journal of the American Medical Association. - 2013. - №173(5). - Р. 385-386.
  4. Oschman JL. //Chronic disease: are we missing something? // Journal of Alternative and Complementary Medicine. - 2011. - №17(4). - Р. 283-285.
  5. Genuis SJ. What's out there making us sick? // Journal of Environmental and Public Health. - 2012. - №10. - Р. 88-94.
  6. Have MT, van der Heide A, Mackenbach JP, de Beaufort ID. An ethical framework for the prevention of overweight and obesity: a tool for thinking through a programme's ethical aspects // European Journal of Public Health. - 2013. - №23(2). - Р. 299-305.
  7. Singh AS, Mulder C, Twisk JW, van Mechelen W, Chinapaw MJ. Tracking of childhood overweight into adulthood: a systematic review of the literature // Obes Rev. - 2008. - №9(5). - Р. 474-488.
  8. Bhatia V, Tandon RK. Stress and the gastrointestinal tract // J Gastroenterol Hepatol. - 2005. - №20. - Р. 332-339.
Год: 2018
Город: Алматы
Категория: Медицина
loading...