Зміни функцій хроматину при старінні. Зміна трансляції

Відео: Мікродержави і мікронаціі: лекція Алістера Боннетта

Зміна трансляції при старінні

Результати досліджень по вивченню змін трансляції розглянуті в багатьох оглядах.

Загальний висновок цих робіт - зниження швидкості синтезу сумарного білка у всіх тканинах старіючого організму, яке супроводжується або є причиною старіння клітин.

Цей висновок був підтверджений наступними дослідженнями на різних тканинах старіючих тварин.

Повідомлення про збільшення або сталість швидкості включення мітки в старіючих тканинах може бути пояснено відмінностями умов експерименту: різницею в розведенні мітки внутрішньоклітинним фондом вільних попередників, недостатньою однорідністю віку піддослідних тварин, відмінністю органів і тканин, а також видів тварин, використаних для дослідження.

До подібних висновків дійшли Гирі і Флорін (Geary, Florini, 1972), які вивчали включення 3Н-лейцину в серці молодих (1 і 2.8 міс), зрілих (8 або 9 міс) і старих (25 і 27 міс) мишей. Вони знайшли, що абсолютна швидкість синтезу білків збільшується від низького рівня у молодих тварин до максимуму у зрілих і потім падає на 42% у старих щурів.

Автори вважають, що ці дані свідчать про віковий зниженні швидкості синтезу білків м`язових волокон серця при старінні. Темп вікового зниження трансляції неоднаковий у різних органів і тканин. У мозку мишей спостерігається значне (близько 90%) падіння протеосінтеза через 18 днів після народження (Lerner, Johnson, 1970). Шрівастава і Шодхері (Srivastava, Chaudhary, 1969) повідомили про 3-разовому зменшенні включення 14С-лейцину скелетними м`язами між 16-м і 320-м днями після народження.

Величина швидкості вікового зниження синтезу білків скелетними м`язами лежить між відповідними величинами для мозку і печінки мишей. Граховец (Hrachovec, 1968, 1969) вважає, що такі відмінності між органами і тканинами можуть пояснюватися відмінностями в швидкості росту. Велике дослідження темпів вікових змін синтезу РНК і білків в різних органах щурів зробили Канунгу і співр. (Kanungo et al., 1970).

Автори вивчали включення 14С-урацилу та 14С-лейцину у самців щурів 11-, 40- і 89-тижневого віку. Синтез РНК підвищувався до 40 тижнях і знижувався до 89-тижневого віку в печінці, нирках, селезінці, серці, мозку і семенніках- в м`язах спостерігалося зменшення включення 14С-урацила до 40-тижневого віку і підвищення до 89-тижневого, що значно перевищує вихідний рівень . Включення мітки в білки з віком щурів збільшується в серці і селезінці.

У білки мозку і скелетних м`язів це включення підвищується до 40-му тижні і потім зменшується. Загальний фонд попередників РНК в серці, скелетних м`язах, нирках і сім`яниках збільшується з віком і досягає найвищого рівня у 89-тижневих щурів, в печінці і селезінці не змінюється після 40 тижнів, в мозку ж найменший фонд відзначений у 40-тижневих тварин.

Найбільший вміст білка в серці скелетних м`язах, мозку, селезінці і сім`яниках відзначено у 40-тижневих щурів, а в печінці та нирках у 89- і 11-тижневих тварин відповідно. Максимальне відношення РНК / білок у 89-тижневих щурів у всіх органах, крім мозку і серця. Можлива причина органної специфічності вікових змін синтезу білків, на думку Канунгу і співавторів, полягає в різній потреби в цих білках і ізоферментів у тварин різного віку, як показано на прикладі лактатдегідрогенази (ЛДГ) і малатдегідрогенази (МДГ).

Усередині одних і тих же органів, тканин і клітин різні білки обмінюються з різною швидкістю. Більшість же дослідників визначають сумарну швидкість включення мітки. Шрівастава і Шодхері (Srivastavai Ghaudhary, 1969) знайшли що синтез білків в різних клітинних фракціях скелетних м`язів мишей між 16-м і 320-м днями постанального розвитку знижувався неоднаково (в 2 рази в микросомальной фракції, в 21 разів в мітохондріальної, в 3.3 рази в ядерно-миофибриллярних, в 3.4 рази в надосадочной фракціях).

Синтезовані клітинами білки можна умовно розділити на 2 групи:

а) секреторні, за допомогою яких здійснюється регуляція на рівні тканин органів і організму;
б) інтрацеллюлярние, використовувані для внутрішніх потреб клітини.

Ове і співр. (Ove et al., 1972) вивчали синтез і деградацію феритину як представника внутрішньоклітинних білків печінки, альбуміну як секретується печінкою білка і сумарного білка печінки у молодих і старих самок щурів. Виявилося, що з віком відбувається 2-кратне збільшення концентрації феритину, мабуть, внаслідок зниження швидкості деградації, так як його синтез зменшується.

Синтез альбуміну, навпаки, збільшується з віком, причому старі тварини не відповідають збільшенням його синтезу на кровопускання, як молоді. Загальний рівень синтезу в печінці падає у старих щурів. Бошен і співр. (Beauchene et al., 1970) також спостерігали збільшення з віком синтезу деяких білків печінки, особливо альбуміну.

При дослідженні вікових змін функціональної здатності рибосом виявилося (Красницкая і ін., 1976), що в модельних системах ендогенний синтез білка рибосомальні препаратами печінки щурів (крім детергентних рибосом) значно падав після місячного віку і потім у всіх видах препаратів майже не змінювався.

На відміну від цього синтетична активність препарату «детергентних хромосом», звільнених обробкою дезоксихолатом натрію від обривків клітинних мембран, виявляла тенденцію до максимуму в 3 міс, при зниженні після однорічного віку до старості. Ці зміни близькі до змін швидкості синтезу попередників мРНК ізольованими ядрами клітин печінки, де тримісячний максимум добре виражений і цілком достовірний.

Комоллі і співр. (Comolli et al., 1979) вивчили зміну активності фактора дисоціації рибосом 80S на субодиниці 60S і 40S в клітинах печінки щурів. Виявилося, що з віком активність цього фактора падає, він все більше переходить з рибосом в цитоплазмі клітин, швидкість дисоціації рибосом зменшується. Все це є однією з причин вікового зниження синтезу білка.

За даними Шмідта і Бакера (Schmidt, Baker, 1979), розчин кухонної солі 0.5 моль / л витягує з рибосом старих дрозофіл в 5 разів більше білків, ніж з молодих, т. Е. З віком міцність рибосомального комплексу знижується. Автори прийшли до висновку, що відповідальні за це не білки, а скоріше рРНК.

За даними Мюллера і співр. (Muller et al., 1979), однією з причин вікового зниження синтезу білків авідіна і яєчного альбуміну в яйцеводе перепелів може бути більш швидке руйнування полі-А-фрагмента мРНК спеціальної РНК-азой, активність якої різко активується при старінні (Arendes, 1979) . Іншою причиною може бути накопичення в ДНК старих перепелів залишкових білків, кількість яких у припинили кладку яєць, птахів зростає майже в 2 рази. Порушення процесингу ядерної РНК в старості, пов`язане з дефектом транспорту та обміну поліаденілірованной про-мРНК у щурів, виявили Яннарелл і співр. (Yannarell et al., 1977).

Одним з моментів, що пояснюють певною мірою розбіжності в результатах досліджень динаміки вікових змін матричної активності белоксінтезірующіх систем клітини в умовах in vivo та in vitro, є зміни впливів на функціональну здатність цих систем специфічних факторів, притаманних нуклео- і цитоплазмі (цитозоль).

В цьому відношенні цінні дані досліджень Білка і співр. (Bielka et al., 1976), що виявили, що в той час як очищені рибосоми печінки і нирок щурів в умовах безклітинних систем з поліуріділом і 3Н-фен-тРНК як субстратом не виявляється вікової різниці в швидкості синтезу білків, активація цьогосинтезу цитозолем печінки , нирок і сім`яників різко падала з віком.

Дослідження останніх років приводять до висновку, що вікові зміни білоксинтезуючого апарату клітин, при загальній тенденції до зниження його функціональної активності, виявляються значно складніше цієї здавалася безроздільно переважаючою закономірності. У характеристиці старості набувають особливого значення наростаюча дисгармонія інтенсивності відновлення окремих ланок білоксинтезуючого апарату клітини і поки важко розшифровуються зміни внутрішньоклітинних умов, що визначають ефективність і характер функціонування цього апарату.

Механізми вікових змін трансляції у тварин пов`язані зі зміною багатьох факторів - Системи аміноацилювання тРНК, рибосомного і полісомного апарату, білкових факторів трансляції, ендогенних інгібіторів білкового синтезу і т. Д. Особливо важливу роль тут відіграють органічні катіони - поліаміни путресцин, спермидин, спермін (Бердишев, Карпенчук, 1977).

Зупинимося детальніше на механізмах, пов`язаних з віковим зміною обміну тРНК. У літературі є ряд робіт про структурно-функціональні зміни тРНК з віком тварин. Чи і Інгрем (Lee, Ingram, 1967) досліджували тРНК ембріонів і дорослих курчат. Використовуючи хроматографію на метилірованої альбумине з кізельгуром (МАК) і фреонколонках, вони показали, що метіоніл-тРНК 4-денних ембріонів і дорослих курчат має якісні та кількісні відмінності.

На МАК-колонці було показано появу додаткового піку в профілі еволюції метіоніл-тРНК у дорослих курчат. Зіставлення хроматографических профілів для трьох індивідуальних тРНК на ряді ранніх стадій розвитку зародка морського їжака було проведено Спедфордом (Spadford, 1973).

При цьому виявилося, що на етапі гаструляції з`являється нова ізоакцепторні компонента серинових тРНК. Крім того, відразу після запліднення змінюється специфічність однієї з лейцил-тРНК-синтетаз і співвідношення окремих фракцій лізіл-тРНК. Шрівастава (Srivastava, 1969) виявив, що включення фенілаланіну в білок скелетних м`язів мишей зменшується з віком.

Ця зміна супроводжується прогресуючим зменшенням концентрації полісом і загального змісту РНК. Лін і Мак-Кі (Lin, МсКее, 1976) показали, що відсоток аміноацилювання і сумарна тРНК були вище в початковий період постнатального розвитку, ніж у дорослих щурів. Подібні дані отримані також і на рослинних організмах.

Ряд авторів висловлює припущення про те, що зниження білкового синтезу може бути пов`язано зі зміною рН ферментів. Однак більшість робіт суперечить цим припущенням. При дослідженні концентрації рН-5 ферментів в мозку щурів різного віку було показано, що існує кореляція між віком і кількістю виділяється рН-5 ферменту.

У той же час необхідно відзначити, що рівень активності сумарного рН-5 ферменту не може в повній мірі відображати активності індивідуальних аміноацил-тРНК-синтетаз, так як в процесі розвитку змінюється співвідношення швидкостей синтезу окремих білків і, отже, в цьому випадку повинна змінюватися і інтенсивність активації окремих амінокислот. Результати деяких досліджень свідчать про це.

Так, наприклад, Дерев`янко (1970) показала, що рН-5 фракція печінки 3-місячних щурів володіє високою здатністю активувати пролінових і глутамінової кислоти в порівнянні з місячними тваринами, проте до старості глутамин-тРНК-синтетазної активність знижується до рівня, властивого щурам в віці одного місяця, а пролин-тРНК-синтетазної активність залишається без змін.

Демидов і Єльська (1980), Демидов і співавт. (1980) досліджували вікові особливості набору сумарною тРНК, специфічною до глутамінової кислоти, лейцину, фенілаланіну, гліцину, аланіну, триптофану, виділених з печінки 3-5-денних, одно-, дво- і п`ятирічних кроликів.

Було показано, що рівень аміноацилювання тРНК з печінки 3-5-денних і п`ятирічних кроликів в 1.5-3 рази нижче, ніж у одно- і дворічних кроликів (крім аланиновой тРНК). У сумарному препараті тРНК знайдена різниця між змістом індивідуальних тРНК однаковою амінокислотної специфічності для кожного з досліджуваних вікових груп.

Про різноманітних механізмах вікового зниження синтезу білка свідчить робота Явіч (1976). У дослідах на щурах віком 3-4 міс і 23-24 міс вона знайшла, що при старінні в міокарді в результаті зменшення концентрації рибосом і тРНК відбувається зниження абсолютної швидкості синтезу білка, сповільнюється розпад білків міофібрил, падає швидкість синтезу і розпаду РНК. Знижена при старінні швидкість кругообігу РНК і білків в серцевому м`язі створює передумови для накопичення в її клітинах неповноцінних молекул.

Вивчення вікових змін багатьох інших генетичних процесів тільки починається. Так, виявилося, що швидкість деградації змінених при старінні білків у старих нематод менше, ніж у молодих (Reznick, Gershon, 1979). За даними Акіфьева і співр. (1978), старіння клітин супроводжується порушенням так званого процесу корекції в статевих клітинах - виправлення дефектів в тих генах, які з гаметамі передаються наступним поколінням. Яким чином змінюються при старінні процеси генетичної рекомбінації, ампліфікації, магніфікаціі, зворотної транскрипції і багато інших, ще не відомо.

Однак те, що вже відомо, дозволяє зробити висновок: в постморфогенетіческій період, зокрема в зрілому і похилому віці, паралельно численним пошкоджень структури генетичного апарату клітин відбувається різноманітне порушення його функцій.

Накопичуються дані про те, що при старінні ушкоджуються майже всі вивчені досі молекулярно-генетичні функції - репарація і реплікація ДНК, пряма транскрипція, трансляція і процесинг РНК, розпад білків. Ще не ясно, чи є вони пусковими механізмами старіння або являють собою наслідок порушення функцій вищих регуляторних систем організму і клітини (нервової, ендокринної, мембранно-клітинної та інших) або їх взаємодії.

Оскільки будь-яка функція клітини є результатом взаємодії принаймні 4 регуляторних систем клітини і організму - генної, мембранно-клітинної, нервової та ендокринної (Нагірний та ін., 1963- Бердишев і ін., 1980), будь-яке порушення в одній з цих систем або їх взаємодії викличе старіння або загибель клітини, збільшить швидкість старіння організму.

В останні роки накопичуються результати, які показують, що пускові механізми старіння пов`язані з пошкодженням генної регуляторної системи клітини. Розвиваються з їх урахуванням теорії - затухаючого самооновлення протоплазми (Нагірний та ін., 1963- Нікітін, 1971), еколого-генетична (Бердишев, 1968, 1977), генно-регуляторна (Фролькіс, 1970) та інші - вказують на вікові пошкодження структури і функції генетичного апарату клітин як на основну біохімічну причину старіння клітин і організмів. Хоча немає ще повного доказу цих генетичних теорій, однак значний, весь час збільшується експериментальний матеріал поддеpжівaeт ці концепції.
Поділитися в соц мережах:

Cхоже