Геном человека: Энциклопедия, написанная четырьмя буквами - Вячеслав Тарантул

Согласно одной из наиболее распространенных гипотез, одряхление организма представляет собой накопление гибельных ошибок и других повреждений генов, возникающих в течение жизни индивидуума в процессе деления клеток и репликации ДНК. Этот вопрос сейчас интенсивно исследуется. И вот первый результат. В геноме человека и животных найдены специальные, очень строгие гены — «сторожа». Подобно корректорам, работающим над книгой, они выискивают опечатки в тексте и исправляют их. Результат нарушения нормальной «охранной» работы этих генов в организме — быстрое старение. Уже составлен определенный список таких генов, охраняющих наш генетический аппарат от всевозможных повреждений, которые могут появиться в течение жизни. И этот список постоянно увеличивается. Ученые считают, что управление работой таких генов может способствовать продлению полноценной жизни человека. Один из примеров этого — гены, кодирующие ферменты по имени геликазы. Эти ферменты участвуют в нашем организме в таких процессах, как репликация ДНК и рекомбинации в ней. Стоит только некоторым из них ухудшить свою работу, как сразу же начинают появляться приметы старения. У человека известен синдром Вернера (молодые люди выглядят как старики), который в значительной мере связан с нарушением работы одного из генов, кодирующих геликазу.

В подтверждение тому, что повреждения ДНК ответственны за процессы, ведущие к неотвратимому старению, можно привести данные голландских ученых, которые недавно изучали мышей с дефектом одного из генов, участвующих в репарации (восстановлении) поврежденной цепи ДНК. Такие мыши характеризовались рядом различных черт раннего старения (хрупкостью костей, седой шерстью, стерильностью). Все эти явления оказались вызванными лишь мутациями в гене XPD, который у человека вызывает болезнь трихотиодистрофию (она проявляется в развитии хрупкости волос, замедленном росте и повышенной чувствительности к свету) и который ответственен в норме за регуляцию экспрессии генов, вовлеченных в репарацию ДНК. Мыши с дефектом в гене XPD развивались нормально, но старели слишком быстро при достижении взрослого состояния. Дополнительная мутация в этом же гене увеличивала чувствительность животных к свободным радикалам кислорода. Таким образом, эти исследования со всей очевидностью показали, что причиной нашего старения может быть последовательное накопление мутаций в геноме.

Недавно была показана вовлеченность гена, известного под именем р21, в происхождение многих болезней, традиционно ассоциируемых с преклонным возрастом. Оказалось, что белковый продукт данного гена способен влиять на активность работы около сотни других генов, многие из которых отвечают в организме за патологические изменения в кровеносных сосудах, суставах, нервных, эпителиальных и других тканях человека. В частности, мутации в гене p21 ускоряют развитие атеросклероза, способствуют злокачественному перерождению клеток. Вот вам и путь еще к одному элексиру молодости: управление активностью таких генов, как ген p21 или ген геликазы, вполне способно существенно увеличить среднюю продолжительность жизни человека, а главное — улучшить ее качество.

Еще одно направление поиска ученых связано с изучением присущего нашим клеткам естественного механизма самоликвидации. Еще 120 лет назад немецкий ученый Август Вейсман писал: «Недееспособные индивидуумы не только бесполезны для вида, но даже вредны, так как занимают место дееспособных. Я рассматриваю смерть не как первичную необходимость, а как нечто возникшее вторично. Я полагаю, что продолжительность жизни ограничена не потому, что неограниченность противоречит природе жизни, а потому, что неограниченная жизнь была бы роскошью, не дающей никаких преимуществ».

Сейчас генетики установили, что в организме действуют программы не только на жизнь, но и на смерть. Считается установленным запрограммированность клеток на смерть. В частности, описан так называемый «лимит Хейфлика», согласно которому клетка не может делиться более 50 раз. Считается, что клетка умирает не потому, что состарилась, а потому, что сама кончает счеты с жизнью, если возникает подозрение, что она может стать потенциально опасной или просто ненужной для окружающих тканей. И такое «самоубийство» клеток (этот процесс, как уже говорилось, назван красивым словом апоптоз) запрограммировано в нашем геноме.

Когда же и за счет чего апоптоз происходит? В норме он нужен человеку с самого начала его существования для нормального формирования человека из единичной клетки — зиготы. Без апоптоза мы с вами имели бы хвосты, жабры и перепонки между пальцами. Но в результате этого процесса все рудиментарные органы безболезненно «исчезают». Кроме того, во взрослом организме благодаря апоптозу ежедневно самоуничтожаются миллиарды старых клеток, а также клеток, зараженных вирусом. Ради своих соседей, ради всего организма, чтобы не нанести ему вред, зараженная клетка самоликвидируется. Апоптоз происходит и в нормальных клетках после определенного времени их жизни в организме. Клетка по сигналу из генома умирает, и новая клетка приходит ей на смену. Например, клетки крови, потрудившись определенное время на благо человека, отмирают, а на их место поступают новые «молодые» труженики. Самоубийство клетки происходит только тогда, когда она получает специальный приказ на самоуничтожение. А отдают этот приказ особые белки, которые начинают вырабатываться в нужном месте и в нужный момент. Вся эта сложная программа строго контролируется большим числом генов: одни стоят на страже полноценных клеток, другие дают команду на уничтожение исчерпавших свой срок или подвергшихся мутациям — все старое и отжившее организму только мешает. И вот наступил момент, когда многие гены-убийцы были разоблачены. За это открытие в 2002 году трем ученым (С. Бреннеру, Дж. Сулстону и Р. Хорвицу) была присуждена Нобелевская премия.

Новые данные породили идею, которую высказал российский академик В. Скулачев: возможно, и у целого организма, как у единичных клеток, существует генетически запрограммированный механизм самоуничтожения. Однако пока обо всем этом мы мало знаем. И, тем не менее, уже начата атака на гены-убийцы клеток в надежде вмешаться в процессы старения организма. Исходя из вышесказанного, можно заключить, что один из основных принципов клетки — лучше умереть, чем ошибиться. Это напоминает самурайский кодекс чести. Не зря, видимо, один из генов, участвующих в апоптозе, получил имя HARAKIRI (харакири).

Ведя разговор о генах и старении, нужно помнить, что в сложнейшей картине тысяч различных биохимических процессов, происходящих в клетках, каждый генный продукт может участвовать во множестве метаболических цепей. Да, изменение работы того или иного гена может действительно сказаться на продолжительности жизни человека, но при этом возможны и другие, порой непредсказуемые, последствия. Например, тот же ген р21, о котором речь шла выше, отвечает в нашем организме за то, чтобы у нас не образовывались опухоли. Заблокировав его, мы, может быть, сможем прожить на несколько десятков лет больше, но только если не умрем раньше от рака. Так что надо детально учитывать все моменты, связанные с каждым из генов, прежде чем начинать практическое вмешательство в нашу жизнь. В противном случае это будет напоминать анекдот об одном «ученом», который определял местонахождение органов слуха у таракана. Он последовательно отрывал ноги таракану и давал команду «бежать». Пока у таракана оставалась хотя бы пара ног, он пытался убежать от «ученого». Но когда у таракана ног не осталось и он, естественно, бежать не мог, «ученый» сделал вывод, что органы слуха у таракана находятся на ногах.

Все, о чем говорилось выше — пока лишь отдельные вехи на пути медицинской геномики к коррекции процессов старения. Ученые пока не претендуют на открытие источника вечной молодости, но имеют веские основания надеяться замедлить старение людей в ближайшем будущем. Сейчас очевидно, что старение, как и любая другая важная биологическая функция, обусловлено параллельным действием множества довольно сложных и пока еще плохо изученных молекулярных механизмов. Кроме того, не следует забывать, что старение нашего организма зависит не только лишь от генов. Существенную роль в определении продолжительности времени старения и наступления смерти играют многие внешние факторы, в первую очередь условия жизни, питание и образ жизни человека. Все эти факторы, так или иначе, влияют на работу различных наших генов. Несмотря на то, что многие из них оказывают вроде бы второстепенное влияние на продолжительность жизни, выяснение их природы может оказаться весьма полезным для того, чтобы научиться замедлять старение.