Вікові зміни генетичного апарату клітин. «Друк віку» на макромолекулярной структурі

«Друк віку» на макромолекулярной структурі дезоксірібонуклеопротеіда і хроматину

Вже раніше проведені дослідження виявили деякі особливості в складі ДНП і хроматину ядер клітин печінки, мозку і еритроцитів курячих ембріонів, курчат і дорослих курей.

Ставлення гістонів до ДНК в ньому майже не змінювалося, але зміст РНК і загального білка з віком чітко знижувалося (Dingman, Sporn, 1964).

У дослідженнях Питіла і Шермана (Puthila, Sherman, 1968) було знайдено, що хроматин з печінки, нирок і тимуса білих щурів збіднюється з віком РНК і негістонових білками.

Тпл хроматину і тимуса 1-2-місячних телят була чітко вище, ніж у 20-річних корів.

Для хроматину мозку мишей було показано його збагачення до старості білками. Для хроматину (ДНП) печінки білих щурів встановлено падіння з віком відносин негістонові білки / ДНК і РНК / ДНК при невеликому підйомі в старості відносини гистони / ДНК. Ці зміни «стримуються» в хроматині тварин з експериментально продовженої життям (Нікітін, 1971, 1972).

Близькі до цього дані, але з більш різко виявленої «печаткою віку» на ДНП печінки, щурів, отримані Бердишева і Желябовской (Бердишев, Желябовская, 1972- Желябовская, Бердишев, 1972). При цьому міцність зв`язування гістонів і негістонових білків в ДНП-комплексі до старості значно наростала. Матрична активність хроматину в синтезі РНК за участю екзогенної РНК-полімерази до старості (30 міс) істотно знижувалася.

Тпл ДНК значно підвищувалася в пізньому онтогенезі. Достовірне зниження з віком співвідношення РНК / ДНК в хроматині печінки білих щурів було встановлено Басанець (1976). Їй, проте, не вдалося підтвердити вікового збідніння хроматину негістонових білками, а щодо міцності зв`язування гістонів з ДНП вона знайшла, що тільки фракція багатих аргініном білків (фракція НЗ) все сильніше зв`язується в міру старіння з ДНК хроматину.

Куртц і співр. (Kurtz et al., 1974) встановили наявність 15 піків на похідних кривих плавлення (Тпл) ДНП тканин мозку мишей. Ними були встановлені вікові особливості в розподілі ДНК хроматину між фракціями з різною температурою плавлення. Парадоксальним чином виявилося, що за величиною гіперхромізма хроматин новонароджених близький до хроматину старих тварин і відмінний від хроматину дорослих мишей. Федорова і співр. (1976) провели дослідження білкового складу хроматину печінки і мозку курки на різних стадіях онтогенезу.

Застосовувався імунохімічний метод подвійної дифузії в гелі, що дозволяє реєструвати антігенноактівние компоненти в складі хроматину. Були встановлені різкі відмінності по імунохімічний властивостями між хроматином різних стадій розвитку тварин. При такому методичному підході виявляються глибокі відмінності хроматину тканин дорослих організмів, тварин ранніх стадій онтогенезу, а також хроматину в момент закладки органів у ембріона.

Вікові зміни фракцій негістонових білків

У постнатальному онтогенезі склад і деякі властивості молекул гістонових і, в меншій мірі, негістонових білків майже не змінюються або змінюються дуже мало. Після формування набору фракцій гістонових білків в ранньому ембріогенезі біохімічна структура всіх основних фракцій гістонів в постембріогенезе не змінюється (Гінейтіс і ін., 1971- Клименко, 1975а, 19756).

Разом з тим особливістю вікових змін фракцій негістонових білків виявилося те, що у молодих (1-місячних) білих щурів в ядрах є 39 фракцій, а у старих - лише 36. Однак молекулярна структура і електрофоретична рухливість загальних для всіх вікових груп 36 фракцій негістонових білків в протягом всієї постнатальної життя не змінюються.

Чи не змінюється з віком і ставлення сульфгідрильних до дисульфідні групам в сумарних гістонів хроматину ядер білих щурів разом з тим загальний вміст тіолових груп максимально в середніх віках (Клименко, Стефанович, 1976). Подальші дослідження показали, що вік позначається на складі фракцій гістонових і негістонових білків, їх поновлення повноважень і швидкості ацетилювання і метилювання.

Можна говорити про те, що кожному віку притаманний свій спектр білкових фракцій хроматину. Так, Клименко (19756) встановив, що деякі електрофоретичні фракції гістонів хроматину печінки щурів кількісно змінюються з віком. У ще більшою мірою виражені вікові зміни в обновляемости (швидкості впровадження мічених попередників) у фракціях гістонів хроматину (Клименко та ін., 1975).

Виявилося, що інтенсивність включення мічених попередників (застосовувався гідролізат білків хлорели, мічений по 14С) в усі фракції гістонів наростає з віком, однак фракція НЗА вже в 3 міс досягає максимальної метаболіруемості, фракція Н1В досягає цього в 12 міс, а фракція НЗ досягає максимуму швидкості впровадження мічених попередників у старих тварин (24 міс). Дуже різні і абсолютні рівні включення мічених попередників у всі фракції гістонів.

Ще виразніше «друк віку» позначається на швидкості ацетилювання і метилювання гістонів і негістонових білків хроматину печінки білих щурів. Обидва ці процесу розглядаються як шляху управління регулюючим впливом білків на функціональну активність хроматину (Клименко та ін., 1976- Малишев, 1977).

У разі ацетилювання, незважаючи на різну абсолютну швидкість включення ацетатною мітки в білки, все вони проявляють єдину вікову закономірність - посилення впровадження з віком. На відміну від цього метилювання тільки в ранньому онтогенезі однозначно і стрибкоподібно наростає в білках хроматину, «почерк» вікових змін метилювання в зрілості і старості для різних білків неоднаковий.

До складу хроматину еукаріот входять фосфоліпіди. У дослідженнях Попової і співр. (1977) було встановлено, що в першій половині онтогенезу складу фракцій фосфоліпідів майже не змінюється. Однак у другу половину онтогенезу білих щурів (до 24-місячного віку) зміст усіх фракцій фосфоліпідів в хроматині значно падає (табл. 19).
Таблиця 19. Вікові зміни фосфоліпідного складу хроматину печінки білих щурів (Нікітін та ін., 1976)

Вік, міс	Фосфоліпіди, мкг ліпідів / мкг ДНК
	сфингомиелин	лецитин	Етаноламін-фосфатиди	лизолецитин
1 3 12 24	0.0503 0.0503 0.0500 0.0275	0.0860 0.0815 0.0863 0.0550	0.0520 0.0520 0.0520 0.0275	0.0498 0.0393 0.0450 0.0258

У щурів з експериментально продовженої життям ці вікові зміни фосфоліпідів виражені набагато слабкіше. Відкриття нуклеосомної будови хроматину дозволило на новому рівні досліджувати проблему вікового зміни його структури (Gaubatz et al., 1979а, 1979b).

Перетравлення хроматину печінки, мозку, серця мишей в віку від 30 до 1100 днів мікрококковой нуклеазами і ДНК-азой показало, що нуклеосомна структура не змінюється при старінні. Швидкість і величина нуклеазного перетравлення, розмір повторів ДНК, гістонові октомер залишаються однаковими у всіх вікових періодах мишей.

Лише в хроматині мозку старих мишей інтернуклеосомние ділянки ДНК ставали менш доступними для нуклеаз, ніж такі у молодих. Однак автори не виключають існування більш дрібних вікових змін в хроматині, що не виявляються застосованими ними методами дослідження. Кількість дисульфідних зв`язків в білках хроматину мозку і печінки щурів у віці від 3 до 33 місяців не збільшується, хоча кількість цистеїну в негістонових білках хроматину зростає (Carter, 1979).

Своєрідні відмінності встановлені для вікових змін активності провідних ферментів розпаду нуклеїнових кислот - кислому і нейтральному ДНК-аз - в ядрах і хроматині клітин печінки щурів. У той час як в ядрах активність нейтральної ДНК-ази лише трохи падає в онтогенезі, а кислої - різко зростає в старості, активність обох нуклеаз, пов`язаних з хроматином, з віком практично не змінюється (Шевцова, 1975).

Таким чином, незважаючи на істотний розкид результатів досліджень, вже зараз накопичено достатній матеріал, який показує наявність «друку віку» на структурі макромолекул хроматину і білоксинтезуючого апарату клітин.

Наявність цих результатів дозволило Катлер (Cutler, 1976) висунути гіпотезу про накопичення в хроматині міцних зв`язків ДНК-білок як основному пусковому механізмі старіння. Вікові пошкодження молекулярних компонентів структури хроматину безсумнівно повинні проявлятися на рівні метафазних хромосом. Наявні дослідження підтверджують цей висновок.