Hipotezy na temat starzenia, cz. 1

Mechanizmy biologiczne sprzyjające starzeniu się od dawna interesują naukowców. Najpopularniejsza teoria głosi, że starzenie się to skutek kumulacji uszkodzeń w molekułach spowodowanych reakcjami utleniania zachodzącymi w mitochondriach. Zgodnie z tą teorią mechanizmy chroniące przed starzeniem i stresem oksydacyjnym są też w stanie przedłużyć życie. Stres oksydacyjny to obecnie najpopularniejsze wyjaśnienie przebiegu starzenia się na poziomie molekularnym. Teoria ta została jednak naukowo podważona.

Wolne rodniki

W latach 50. XX wieku dr Denham Harman ogłosił, że wolne rodniki tlenowe powstałe w sposób endogenny w procesach metabolicznych odgrywają istotną role w starzeniu się z powodu nasilania uszkodzeń oksydacyjnych w makromolekułach. Tę tezę podjął w latach 80. Laborie.

Wolne rodniki powstają na ogół poprzez zerwanie wiązania chemicznego. Dochodzi do tego w wyniku działania wyjątkowo silnych czynników: wysokiej temperatury, promieniowania jonizującego lub ultrafioletowego.Wolne rodniki utleniają lipidy nienasycone, które są składnikiem struktur błonowych w komórkach, i w ten sposób mogą zabić komórkę. Zastąpienie uszkodzonej komórki wymaga od organizmu aktywacji komórek macierzystych, co zwiększa ryzyko rozwinięcia procesu nowotworowego.

Stres oksydacyjny

Teoria wolnych rodników została połączona z teoriią starzenia pod wpływem stresu oksydacyjnego, ponieważ niektóre rodzaje rodników, takie jak peroksydazy i aldehydy, odgrywają pewną rolę w uszkodzeniach oksydacyjnych komórek.

Wolne rodniki są chemicznie odmienne od molekuł utleniających. Posiadają wolny elektron i z tego powodu są wyjątkowo agresywne wobec sąsiednich komórek, szczególnie w przypadku posiadania wielu wiązań. Jedna utleniająca molekuła jest w stanie wychwycić jeden lub wiele elektronów. Brak równowagi między utleniaczami i przeciwutleniaczami prowadzi do kumulacji uszkodzeń oksydacyjnych makromolekuł, co z wiekiem powoduje stopniowy zanik funkcjonalnych procesów komórkowych i starzenie się.

Wiele danych przemawia za teorią starzenia się pod wpływem stresu oksydacyjnego.Po pierwsze, stopień uszkodzeń lipidów, DNA i białek jest skorelowany z wiekiem, co widać w wielu różnych tkankach i u różnych gatunków zwierząt. Po drugie, zwierzęta najdłużej żyjące mają mniejsze uszkodzenia oksydacyjne lub większą odporność na stres oksydacyjny.

Ograniczanie kalorii lub ograniczanie pożywienia

Najstarsze badania poświęcone ograniczaniu kalorii, które podlegały najczęstszej weryfikacji doświadczalnej, wykazały, że uszkodzenia oksydacyjne lipidów, DNA i białek są mniejsze u gryzoni, którym ograniczano wartość energetyczną posiłków, w porównaniu z tymi, które najadały się do syta.

W latach 90. naukowcy udowodnili, że mutacje w ścieżkach sygnalizacyjnych (receptory insulinowe i ośrodek sytości) wydłużały życie gatunkowi nicieni C. elegans. Mutacje te powodowały odporność na stres oksydacyjny i ograniczały zniszczenia oksydacyjne. Niedawno u kilku gatunków myszy zmodyfikowanych genetycznie wykazano większą długość życia skorelowaną ze wzrostem odporności komórek na stres oksydacyjny.

Pytania bez odpowiedzi

Wszystkie zabiegi, które przedłużają życie, modyfikują również procesy inne niż stres oksydacyjny i uszkodzenia wywołane przez niego, zatem przedłużanie życia może dokonywać się także dzięki innym mechanizmom. Mimo że dane pochodzące z badań prowadzonych na bezkręgowcach (na przykład C. elegans i drosophile) oraz na gryzoniach pokazują związek między przedłużeniem życia a odpornością na stres oksydacyjny, bezpośrednie dowody, że uszkodzenia oksydacyjne i stres mogą odgrywać istotną rolę w starzeniu się, są ograniczone do kilku badań za udziałem organizmów transgenicznych z modyfikacjami enzymów antyoksydacyjnych.

Badając wpływ niskiej i wysokiej aktywności genów kodujących enzymy przeciwutleniające, dowiedziono, że tylko jeden gen na 18 badanych miał wpływ na długość życia, co podważa tezę, że uszkodzenia oksydacyjne i stres ograniczają długość życia.

dr Stéphan Astié

tłum. Dorota Bury