stringtranslate.com

Эволюция старения

Исследование эволюции старения или старения направлено на то, чтобы объяснить, почему такой пагубный процесс, как старение, эволюционировал, и почему существует такая большая изменчивость в продолжительности жизни организмов . Классические теории эволюции ( накопление мутаций , антагонистическая плейотропия и одноразовая сома ) [1] [2] [3] предполагают, что факторы окружающей среды, такие как хищничество, несчастные случаи, болезни и/или голодание, гарантируют, что большинство организмов, живущих в естественных условиях, не доживут до старости, и поэтому будет очень мало давления, чтобы сохранить генетические изменения, которые увеличивают продолжительность жизни. Вместо этого естественный отбор будет сильно благоприятствовать генам, которые обеспечивают раннее созревание и быстрое размножение, а отбор генетических признаков , которые способствуют молекулярному и клеточному самоподдержанию, будет снижаться с возрастом для большинства организмов. [4]

Теории и гипотезы

Начало

Август Вейсман был ответственен за интерпретацию и формализацию механизмов эволюции Дарвина в современной теоретической структуре. В 1889 году он выдвинул теорию, что старение является частью программы жизни, чтобы освободить место для следующего поколения, чтобы поддерживать оборот, необходимый для эволюции. [5] Идея о том, что характеристика старения была выбрана (адаптация) из-за ее пагубного эффекта, в значительной степени игнорировалась большую часть 20-го века, но теоретическая модель предполагает, что альтруистическое старение может развиться, если миграция между популяциями невелика. [6] Позже Вейсман отказался от своей теории и через некоторое время продолжил с помощью своей теории «запрограммированной смерти». [ необходима цитата ]

Естественный отбор — это процесс, который позволяет организмам лучше адаптироваться к окружающей среде, это выживание наиболее приспособленных, которые, как прогнозируется, произведут больше потомства. Естественный отбор действует на характеристики жизненного цикла, чтобы оптимизировать репродуктивный успех и пожизненную приспособленность. Приспособленность в этом контексте относится к тому, насколько вероятно, что организм выживет и будет размножаться. Она основана на окружающей среде и также соотносится с другими особями в популяции. Примерами характеристик жизненного цикла являются: возраст и размер при первом размножении, количество произведенных размеров и потомства и период репродуктивной продолжительности жизни. Организмы вкладывают энергию в рост, размножение и поддержание, следуя определенной схеме, которая меняется на протяжении всей их жизни из-за компромиссов, которые существуют между различными распределениями энергии. Например, инвестиции в текущее и будущее размножение происходят за счет другого. Однако естественный отбор не так эффективен для организмов по мере их старения. Накопление мутаций (МА) и антагонистическая плейотропия (АП) — два фактора, которые способствуют старению . [7] Как МА, так и АП способствуют возрастному снижению приспособленности. [8] Накопление случайных, связанных с возрастом мутировавших аллелей зародышевой линии известно как накопление мутаций. Обратите внимание, что соматические мутации не наследуются, они являются лишь источником вариаций развития. Исследования, проведенные на Drosophila melanogaster, показали, что накопление мутаций приводит к комбинации аллелей, которые имеют «возрастные аддитивные эффекты», которые вызывают снижение реакции на стресс и, в конечном счете, возрастное снижение приспособленности. [7] Количество делений зародышевых клеток на поколение варьируется среди линий и связано с размером генома; у людей; 401 деление зародышевых клеток происходит на поколение у мужчин и 31 у женщин. [9]

Накопление мутаций

Зародышевая линия

Первая современная теория старения млекопитающих была сформулирована Питером Медаваром в 1952 году. Эта теория сформировалась в предыдущем десятилетии с Дж. Б. С. Холдейном и его концепцией селективной тени . Развитие человеческой цивилизации сместило селективную тень, поскольку условия, в которых сейчас живут люди, включают улучшенное качество продовольствия, условий жизни и здравоохранения. Это улучшенное здравоохранение включает современную медицину, такую ​​как антибиотики и новые медицинские технологии. [10] Несколько исследований на Drosophila показали, что возраст экспрессии новых вредных мутаций определяет эффекты, которые они вносят в смертность. Однако в целом; хотя их частота увеличивается, их эффекты и вариации уменьшаются с возрастом.

Не существует теории, объясняющей, как эти вредные мутации влияют на приспособленность в разном возрасте и на эволюцию старения. [11] [12] Их идея заключалась в том, что старение было вопросом пренебрежения, поскольку природа — это место с высокой конкуренцией. Почти все животные умирают в дикой природе от хищников, болезней или несчастных случаев, что снижает средний возраст смерти. Следовательно, нет особых причин, по которым тело должно оставаться в форме в течение длительного времени, поскольку давление отбора невелико для признаков, которые сохраняли бы жизнеспособность после того времени, когда большинство животных в любом случае умерло бы. Метаболические заболевания возникают из-за низкого спроса на физическую активность в современной цивилизации по сравнению с теми временами, когда людям приходилось добывать пропитание в дикой природе для выживания. [10] Теперь, когда селективная тень сместилась, людям приходится иметь дело с этим новым селективным давлением.

Старение считается побочным продуктом физиологии, потому что наш клеточный метаболизм создает токсичные продукты, мы получаем мутации, когда стареем, и у нас недостаточно стволовых клеток, которые регенерируют. Почему отбор не нашел и не поддержал мутации способами, которые позволяют нам, например, регенерировать наши клетки или не производить токсичный метаболизм? Почему развилась менопауза? Потому что отбор более эффективен в отношении признаков, которые появляются в раннем возрасте. Мутации, которые оказывают влияние в раннем возрасте, увеличат приспособленность гораздо больше, чем мутации, которые проявляются поздно. Большинство людей уже размножились до того, как проявилась какая-либо болезнь; это означает, что родители передадут свои аллели своим потомкам до того, как у них проявятся какие-либо проблемы с приспособленностью, и поэтому для отбора «слишком поздно».

Две теории: неадаптивная и адаптивная, используются для объяснения эволюции старения, которое представляет собой снижение репродуктивной функции с возрастом. [8] Неадаптивная теория предполагает, что эволюционное ухудшение возраста человека происходит в результате накопления вредных мутаций в зародышевой линии. [8] Эти вредные мутации начинают проявляться в конце жизни, к тому времени, когда мы слабы/шатки и уже размножились, это означает, что естественный отбор не может на них воздействовать, потому что размножение закончилось. Исследования, проведенные на Drosophila melanogaster, показали обратную зависимость между средним оптимальным возрастом зрелости и частотой мутаций на ген. [13] Накопление мутаций влияет на распределение энергии и времени, которые направляются на рост и размножение в течение жизни организма, особенно в период репродуктивной продолжительности жизни из-за того, что накопление мутаций ускоряет старение, это означает, что организмы должны достигать оптимального возраста зрелости в более молодом возрасте, поскольку их репродуктивная продолжительность жизни сокращается из-за накопленных мутаций. [13]

Мутации случаются, и они совершенно случайны по отношению к потребностям окружающей среды и приспособленности. Мутации могут быть либо полезными, когда они повышают приспособленность организма, нейтральными, когда они не влияют на приспособленность организма, либо вредными, когда они отрицательно влияют на приспособленность организма. Ранее проведенные эксперименты показали, что большинство накоплений мутаций вредны, и только некоторые из них полезны. Мутации генов, которые взаимодействуют друг с другом в процессе развития, создают биологическое и, таким образом, фенотипическое разнообразие. Мутации — это генетическая информация, которая выражается среди организмов посредством экспрессии генов , которая является переводом генетической информации в фенотипический признак. [14] Эволюция — это изменение наследуемого признака в популяции на протяжении поколений, поскольку мутации генерируют вариации наследуемых признаков; они считаются сырьем для эволюции. Следовательно, полезные накопления мутаций в процессе развития могут генерировать больше фенотипических вариаций, что увеличивает частоту их генов и влияет на способность фенотипической эволюции. [15]

Соматические клетки

Теория соматических мутаций старения утверждает, что накопление мутаций в соматических клетках является основной причиной старения. Сравнение скорости соматических мутаций у нескольких видов млекопитающих показало, что общее количество накопленных мутаций в конце жизни было примерно одинаковым в широком диапазоне продолжительности жизни. [16] Авторы утверждают, что эта сильная связь между скоростью соматических мутаций и продолжительностью жизни у разных видов млекопитающих предполагает, что эволюция может ограничивать скорость соматических мутаций, возможно, путем отбора, действующего на различные пути репарации ДНК.

Антагонистическая плейотропия

Теория Медавара была раскритикована и позже развита Джорджем К. Уильямсом в 1957 году. Уильямс отметил, что старение может быть причиной многих смертей, даже если животные не «умирают от старости». [1] Он начал свою гипотезу с идеи о том, что старение может вызывать более раннее старение из-за конкурентной природы жизни. Даже небольшое количество старения может быть фатальным; следовательно, естественный отбор действительно заботится, и старение не является бесплатным. [17]

В конце концов Уильямс предложил свою собственную гипотезу, названную антагонистической плейотропией . Плейотропия сама по себе означает одну мутацию, которая вызывает множественные эффекты на фенотипе . [18] С другой стороны, антагонистическая плейотропия имеет дело с одним геном, который создает два признака, один из которых полезен, а другой вреден. По сути, это относится к генам, которые приносят пользу в начале жизни, но позже накапливают издержки. [1] Другими словами, антагонистическая плейотропия — это когда результирующая связь между двумя признаками отрицательная. Это когда один фенотипический признак положительно влияет на текущее воспроизводство за счет более позднего ускоренного старения, роста и поддержания. Антагонистическая плейотропия является постоянной, если только не происходит мутация, которая изменяет эффекты первичного локуса. [13]

Хотя антагонистическая плейотропия является сегодня преобладающей теорией, это в значительной степени по умолчанию и не было хорошо проверено. Исследования показали, что это не относится ко всем генам и может рассматриваться как частичное подтверждение теории, но это подрывает основную предпосылку: что генетические компромиссы являются основной причиной старения.

В экспериментах по разведению Майкл Р. Роуз отбирал плодовых мушек с большой продолжительностью жизни. Основываясь на антагонистической плейотропии, Роуз ожидал, что это наверняка снизит их плодовитость . Его команда обнаружила, что им удалось вывести мух, которые жили более чем в два раза дольше, чем мухи, с которых они начинали, но к их удивлению, долгоживущие, инбридинговые мухи на самом деле откладывали больше яиц, чем короткоживущие мухи. Это было еще одной неудачей для теории плейотропии, хотя Роуз утверждает, что это может быть экспериментальным артефактом. [19]

Теория одноразовой сомы

Третья основная теория, предложенная в 1977 году Томасом Кирквудом , предполагает, что организм должен планировать доступные ему ресурсы. Организм использует ресурсы, полученные из окружающей среды, для метаболизма, для воспроизводства, для ремонта и поддержания, и организм должен идти на компромисс, когда запас ресурсов ограничен. Теория утверждает, что этот компромисс заставляет организм перераспределять энергию на функцию ремонта, что приводит к постепенному ухудшению состояния организма с возрастом. [2]

Предостережение к этой теории предполагает, что это перераспределение энергии основано на времени, а не на ограничении ресурсов. Эта концепция фокусируется на эволюционном давлении, направленном на воспроизводство в установленный, оптимальный период времени, который диктуется возрастом и экологической нишей. Способ, которым это становится успешным, заключается в распределении времени и энергии на восстановление повреждений на клеточном уровне, что приводит к накоплению повреждений и сокращению продолжительности жизни по сравнению с организмами с более длительной беременностью . Эта концепция вытекает из сравнительного анализа геномной стабильности в клетках млекопитающих. [20] [21]

Один из противоположных аргументов основан на эффекте ограничения калорий , который удлиняет жизнь. [22] [23] [24] Однако не было показано, что ограничение диеты увеличивает репродуктивный успех (приспособленность) в течение жизни, поскольку при снижении доступности пищи репродуктивный выход также снижается. Более того, калории — не единственный ресурс, который может быть ограниченным для организма и который может влиять на множественные измерения приспособленности.

Теория повреждений/ошибок ДНК

Так же, как мутация и экспрессия ДНК оказывают фенотипическое воздействие на организмы, повреждение ДНК и накопление мутаций также имеют фенотипические последствия у пожилых людей. Повреждение макромолекул, таких как ДНК, РНК и белки, наряду с ухудшением состояния тканей и органов являются основой старения. Видоспецифические темпы старения обусловлены пагубными изменениями, которые проявляются после репродуктивной фазы. « Митохондриальная ДНК (мтДНК) регулирует клеточный метаболизм , апоптоз и контроль окислительного стресса ». [25] Таким образом, повреждение мтДНК является еще одним фактором, способствующим фенотипам, связанным со старением . Нейродегенерация и рак являются двумя факторами, которые проявляются с повреждением ДНК; поэтому нам необходимо понять изменение в связи между повреждением ДНК и восстановлением ДНК по мере старения, чтобы знать о возрастных заболеваниях и разрабатывать образ жизни, который, возможно, мог бы способствовать здоровой продолжительности жизни. [26]

Теория повреждения ДНК при старении постулирует, что повреждение ДНК повсеместно встречается в биологическом мире и является основной причиной старения. [27] Теория основана на идее, что старение происходит с течением времени из-за повреждения ДНК. Например, исследования мозга и мышц млекопитающих показали, что способность к восстановлению ДНК относительно высока на раннем этапе развития, когда клетки делятся митотически, но существенно снижается, когда клетки входят в постмитотическое состояние. [28] [29] [30]

Эффект снижения экспрессии способности к восстановлению ДНК заключается в увеличении накопления повреждений ДНК. Это нарушает транскрипцию генов и вызывает прогрессирующую потерю клеточных и тканевых функций, которые определяют старение. В ответ на повреждение ДНК одним из ответов, вызванных окислительным стрессом, является активация p53 . [ 31] Белок p53 связывается с ДНК, затем стимулирует выработку p21 , который также известен как ингибитор циклинзависимой киназы 1. Это гарантирует, что клетка не сможет перейти на следующую стадию деления клетки, если повреждение ДНК не будет восстановлено. Однако клетки p21 могут запустить апоптоз . Апоптоз или запрограммированная смерть клеток связана с постепенной деградацией иммунной системы, скелетных мышц и нарушением, связанным со старением. [32]

Голый землекоп. Фото сделано: Ltshears - Trisha M Shears.

Теломерная теория старения

Теломеры — это повторяющиеся последовательности нуклеотидов , которые защищают концы нашей хромосомы; они чувствительны к окислительному стрессу и деградируют во время репликации хромосом. Теломераза — это рибонуклеотидный белок, который помогает восстанавливать и заменять деградировавшие теломеры . Однако теломераза подводит нас с возрастом; она становится менее способной восстанавливать теломеры, и все наше тело начинает разваливаться. Это означает, что наши клетки больше не могут делиться или делиться с ошибками, и некоторые считают, что это способствует процессу старения. Новые исследования также показали, что существует связь между укорочением теломер и митохондриальной дисфункцией. [33] Тем не менее, чрезмерная экспрессия теломеразы увеличивает вероятность рака. Если теломеры остаются в состоянии восстановления, есть больше шансов на долголетие, но также есть больше делений клеток и больше шансов на мутацию, которая может привести к раку. Таким образом, долгоживущая клетка — это просто бомба замедленного действия. Таким образом, усиление активности теломеразы не является решением; оно лишь позволяет клеткам жить дольше. У голых землекопов высокая активность теломеразы, они живут долго и, как считали некоторые, никогда не болеют раком; и поэтому, возможно, являются исключением из этой гипотезы. [34] Однако голые землекопы болеют раком. [35] [36]

Теории программного обслуживания

Такие теории, как теория «запрограммированной смерти» Вейсмана, предполагают, что ухудшение состояния и смерть в результате старения являются преднамеренным результатом эволюционной конструкции организма, и называются теориями запрограммированного старения или адаптивного старения.

Теория запрограммированного поддержания, основанная на эволюционируемости [37], предполагает, что механизмы восстановления контролируются общим механизмом контроля, способным определять условия, такие как ограничение калорийности, и могут отвечать за продолжительность жизни у определенных видов. В этой теории методы выживания основаны на механизмах контроля, а не на индивидуальном механизме поддержания, который вы видите в незапрограммированной теории старения млекопитающих.

Непрограммируемая теория старения млекопитающих [38] утверждает, что разные виды обладают разными возможностями для поддержания и восстановления. Виды с большей продолжительностью жизни обладают множеством механизмов для компенсации повреждений, вызванных такими причинами, как окисление, укорочение теломер и другие деградационные процессы. Виды с меньшей продолжительностью жизни, имеющие более ранний возраст половой зрелости, имеют меньшую потребность в долголетии и, таким образом, не развили или не сохранили более эффективные механизмы восстановления. Поэтому повреждения накапливаются быстрее, что приводит к более ранним проявлениям и более короткой продолжительности жизни. Поскольку существует большое разнообразие проявлений старения, которые, по-видимому, имеют очень разные причины, вероятно, что существует много различных функций поддержания и восстановления.

Избирательная тень

Избирательное затенение — одна из эволюционных теорий старения, основанная на предположении, что отбор особи обычно уменьшается, как только она по существу проходит фазу половой зрелости. В результате это формирует тень без учета сексуальной приспособленности, которая больше не учитывается, когда особь стареет. Это подтверждает идею о том, что сила естественного отбора снижается как функция возраста, впервые введенную Питером Б. Медеваром и Дж. Б. С. Холдейном.

«Ключевое концептуальное понимание, которое позволило Медавару, Уильямсу и другим разработать эволюционную теорию старения, основано на представлении о том, что сила естественного отбора, мера того, насколько эффективно отбор влияет на выживаемость или плодовитость в зависимости от возраста, снижается с возрастом». [39]

Медевар разработал модель, которая подчеркивает это, показывая снижение уровня выживания популяции по мере старения особи, однако уровень воспроизводства остается постоянным. Вероятность воспроизводства обычно достигает пика во время половой зрелости и снижается по мере старения особи, в то время как остальная часть популяции уменьшается с возрастом, поскольку они попадают в тень отбора. Модель также поддерживает теорию Медеварса о том, что из-за опасных и непредсказуемых условий в окружающей среде, таких как болезни, изменения климата и хищники, многие особи умирают вскоре после полового созревания. Следовательно, вероятность того, что особь выживет и пострадает от эффектов, связанных с возрастом, относительно низкая.

Точно так же многие полезные мутации отбираются, если они оказывают положительное влияние на особь в дальнейшей жизни. Например, если полезная или вредная мутация происходит только после репродуктивной фазы особи, то она не повлияет на приспособленность, и поэтому не может быть отобрана против. Впоследствии эти более поздние мутации и эффекты считаются находящимися в «теневой области» отбора». [40]

Естественный отбор

Групповой отбор

Групповой отбор основан на идее, что все члены данной группы либо преуспеют, либо потерпят неудачу вместе в зависимости от обстоятельств. При таком механизме генетический дрейф происходит коллективно для всех в группе и отличает их от других групп своего вида. Это отличается от индивидуального отбора, поскольку он фокусируется на группе, а не на индивидууме. [41]

Часто также пострепродуктивные особи совершают межпоколенческие переходы: дельфины-афалины и киты-пилоты охраняют своих внуков; существует кооперативное размножение у некоторых млекопитающих, многих насекомых и около 200 видов птиц; половые различия в выживании человекообразных приматов, как правило, коррелируют с заботой о потомстве; или за детенышем эфе часто ухаживают более 10 человек. Ли разработал формальную теорию, объединяющую отбор, обусловленный переходами (во всех возрастах), с отбором, обусловленным плодовитостью. [42]

Развиваемость

Эволюционируемость — это концепция, согласно которой вид должен извлекать выгоду из более быстрой генетической адаптации к своей нынешней среде. В следующих примерах это используется для аргумента, что устранение старых особей может принести пользу виду в целом.

Скулачев (1997) [43] предположил, что запрограммированное старение способствует процессу эволюции, постепенно создавая все большую проблему или препятствие для выживания и воспроизводства и, следовательно, усиливая отбор полезных характеристик.

Голдсмит (2008) [44] предположил, что, хотя увеличение скорости генерации и скорости эволюции полезно для вида, также важно ограничить продолжительность жизни, чтобы старые особи не доминировали в генофонде .

Модель Янга (2013) [6] также основана на идее о том, что старение ускоряет накопление новых адаптивных генов в локальных популяциях. Однако Ян изменил терминологию «эволюционируемости» на «генетическое творчество» на протяжении всей своей статьи, чтобы облегчить понимание того, как старение может иметь более краткосрочную выгоду, чем подразумевает слово «эволюционируемость».

Ленарт и Вашку (2016) [45] также ссылались на эволюционируемость как на основной механизм, движущий эволюцию старения. Однако они предположили, что даже если фактическая скорость старения может быть адаптацией, само старение неизбежно. Другими словами, эволюция может изменить скорость старения, но некоторое старение, независимо от того, насколько оно медленное, всегда будет происходить.

Смертность

Постоянная частота отказов с течением времени

Смертность — это количество смертей в определенной группе за определенный период времени. [46] Существует два типа смертности: внутренняя и внешняя . Внутренняя смертность определяется как смертность из-за старения, физиологического упадка из-за врожденных процессов, тогда как внешняя смертность является результатом факторов окружающей среды, таких как, например, хищничество, голод, несчастные случаи и другие. Например, у летающих животных, таких как летучие мыши, меньше хищников, и поэтому у них низкая внешняя смертность. Птицы теплокровны и по размеру похожи на многих мелких млекопитающих, но часто живут в 5–10 раз дольше. Они сталкиваются с меньшим количеством хищников, чем наземные млекопитающие, и, таким образом, у них более низкая внешняя смертность.

При изучении соотношения размера тела и продолжительности жизни можно также заметить, что хищные млекопитающие, как правило, живут дольше, чем жертвы в контролируемой среде, такой как зоопарк или заповедник. Объяснение большой продолжительности жизни приматов (таких как люди, обезьяны и человекообразные обезьяны) относительно размера тела заключается в том, что им удается достичь более низкой внешней смертности благодаря своему интеллекту.

Потенциальное бессмертие зародышевой линии

Отдельные организмы обычно смертны; они стареют и умирают, в то время как зародышевые линии, которые соединяют последовательные поколения, потенциально бессмертны. Основой этого различия является фундаментальная проблема в биологии. Российский биолог и историк Жорес А. Медведев [47] считал, что точность геномных репликативных и других синтетических систем сама по себе не может объяснить бессмертие зародышевых линий . Скорее, Медведев считал, что известные особенности биохимии и генетики полового размножения указывают на наличие уникальных процессов сохранения и восстановления информации на разных стадиях гаметогенеза . В частности, Медведев считал, что важнейшие возможности для сохранения информации зародышевых клеток создаются рекомбинацией во время мейоза и репарацией ДНК ; он рассматривал их как процессы внутри зародышевых клеток, которые способны восстанавливать целостность ДНК и хромосом от типов повреждений, вызывающих необратимое старение в соматических клетках .

Заболевания

Прогероидные синдромы

Прогероидные синдромы — это генетические заболевания, связанные с преждевременным старением. Прогероидные синдромы характеризуются наличием признаков, напоминающих признаки физиологического старения, такие как потеря волос и сердечно-сосудистые заболевания. [48]

Прогерия

Прогерия — это генетическое заболевание одного гена , которое вызывает ускорение многих или большинства симптомов старения в детстве. Оно поражает примерно 1 из 4-8 миллионов новорожденных. [49] Известно, что люди с этим заболеванием не могут развиваться и имеют ряд симптомов, которые вызывают аномалии в суставах, волосах, коже, глазах и лице. [50] Большинство людей с этим заболеванием доживают только до 13 лет. [51] Хотя термин прогерия, строго говоря, применяется ко всем заболеваниям, характеризующимся симптомами преждевременного старения, и часто используется как таковой, его часто применяют конкретно в отношении синдрома прогерии Хатчинсона-Гилфорда (HGPS). У детей с диагнозом HGPS развиваются заметные черты лица, такие как маленькое лицо, тонкие губы, маленький подбородок и оттопыренные уши . Хотя прогерия может вызывать физические отклонения у ребенка, она не влияет на его двигательные навыки или интеллектуальное развитие. [52] Люди с HGPS склонны страдать от неврологических и сердечно-сосудистых расстройств. [53] HGPS вызывается точечной мутацией в гене, кодирующем белок ламина А. Ламин А способствует генетической стабильности, поддерживая уровни белков, которые играют ключевую роль в негомологичном соединении концов и гомологичной рекомбинации . [54] Клетки мышей, дефицитные для созревания преламина А, демонстрируют повышенное повреждение ДНК и хромосомные аберрации и имеют повышенную чувствительность к агентам, повреждающим ДНК. [55] При HGPS неспособность адекватно восстанавливать повреждения ДНК из-за дефектного ламина типа А может вызывать аспекты преждевременного старения, основанного на ламинопатии . [55]

Синдром Вернера

Синдром Вернера, также известный как «взрослая прогерия», является еще одним генетическим заболеванием одного гена. Он вызван мутацией в гене wrn . [53] Он поражает примерно 1 из 200 000 человек в Соединенных Штатах. [56] Этот синдром начинает поражать людей в подростковом возрасте, не давая подросткам расти в период полового созревания. Существует четыре общих признака синдрома Вернера: катаракта обоих глаз, изменения кожи, похожие на склеродермию , низкий рост, раннее поседение и выпадение волос. [53] Когда человек достигает двадцати лет, обычно происходит изменение цвета волос, кожи и голоса. Средняя продолжительность жизни человека с этим заболеванием составляет около 46 лет. [57] Это состояние также может влиять на распределение веса между руками, ногами и туловищем. [58] Люди с синдромом Вернера подвержены повышенному риску развития катаракты, диабета 2 типа , различных видов рака и атеросклероза . [56] Открытие того, что белок WRN взаимодействует с ДНК-PKcs и комплексом белка Ku , в сочетании с доказательствами того, что клетки с дефицитом WRN производят обширные делеции в местах соединения негомологичных концов ДНК, предполагает роль белка WRN в процессе репарации ДНК при соединении негомологичных концов . [59] Белок WRN также, по-видимому, играет роль в разрешении промежуточных структур рекомбинации во время гомологичной рекомбинационной репарации двухцепочечных разрывов ДНК. [59]

Другие прогероидные синдромы

Синдром Блума — редкое аутосомно-рецессивное заболевание, которое характеризуется низким ростом, хромосомной нестабильностью, предрасположенностью к раку и чувствительной к солнцу кожей. [60] Люди с синдромом Блума также могут иметь трудности в обучении и иметь повышенный риск развития хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) и других заболеваний. [61]

Синдром Коккейна — гомозиготная или гетерозиготная мутация, которая приводит к низкому росту, аномалиям размера головы и медленному росту и развитию. [62]

Синдром Ротмунда–Томсона — редкое аутосомно-рецессивное заболевание, поражающее кожу. Оно характеризуется редкими волосами, юношеской катарактой, скелетными аномалиями и задержкой роста. [63]

Биогеронтология

Теории старения влияют на попытки понять и найти методы лечения возрастных заболеваний:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd Williams GC (декабрь 1957 г.). «Плейотропия, естественный отбор и эволюция старения». Эволюция . 11 (4): 398–411. doi :10.1111/j.1558-5646.1957.tb02911.x. JSTOR  2406060. S2CID  84556488.
  2. ^ ab Kirkwood TB (ноябрь 1977). "Эволюция старения". Nature . 270 (5635): 301–304. Bibcode :1977Natur.270..301K. doi :10.1038/270301a0. PMID  593350. S2CID  492012.
  3. ^ Medawar PB (1952). Нерешенная проблема биологии. Опубликовано для колледжа HK Lewis , Лондон
  4. ^ Джонсон АА, Шохирев МН, Шошитаишвили Б (ноябрь 2019 г.). «Пересмотр эволюционных теорий старения». Обзоры исследований старения . 55 : 100947. doi : 10.1016/j.arr.2019.100947 . PMID  31449890.
  5. ^ Вейсман А. (1889). Очерки о наследственности и родственных биологических проблемах . Оксфорд: Clarendon Press.Работа, описывающая теорию Вейсмана о предоставлении места молодым.
  6. ^ ab Yang JN (2013). «Вязкие популяции развивают альтруистичное запрограммированное старение в конфликте способностей в изменяющейся среде». Исследования эволюционной экологии . 15 : 527–543.
  7. ^ ab Everman ER, Morgan TJ (февраль 2018 г.). «Антагонистическая плейотропия и накопление мутаций способствуют возрастному снижению реакции на стресс». Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 72 (2): 303–317. doi : 10.1111/evo.13408 . PMID  29214647.
  8. ^ abc Charlesworth B (май 2001 г.). «Закономерности возрастных средних значений и генетических дисперсий показателей смертности, предсказанные теорией накопления мутаций при старении». Журнал теоретической биологии . 210 (1): 47–65. Bibcode : 2001JThBi.210...47C. doi : 10.1006/jtbi.2001.2296. PMID  11343430.
  9. ^ Drost JB, Lee WR (1995). «Биологическая основа мутации зародышевой линии: сравнение скоростей спонтанных мутаций зародышевой линии у дрозофилы, мыши и человека». Environmental and Molecular Mutagenesis . 25 (Suppl 26): 48–64. doi :10.1002/em.2850250609. PMID  7789362. S2CID  41023021.
  10. ^ ab Flatt T, Partridge L (август 2018 г.). «Горизонты эволюции старения». BMC Biology . 16 (1): 93. doi : 10.1186/s12915-018-0562-z . PMC 6100731. PMID  30124168 . 
  11. ^ Moorad JA, Promislow DE (август 2008 г.). «Теория мутаций и старения, зависящих от возраста». Genetics . 179 (4): 2061–2073. doi :10.1534/genetics.108.088526. PMC 2516080 . PMID  18660535. 
  12. ^ Kraemer SA, Böndel KB, Ness RW, Keightley PD, Colegrave N (декабрь 2017 г.). «Изменение приспособленности в зависимости от числа мутаций в линиях спонтанного накопления мутаций Chlamydomonas reinhardtii». Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 71 (12): 2918–2929. doi :10.1111/evo.13360. PMC 5765464. PMID  28884790 . 
  13. ^ abc Dańko MJ, Kozłowski J, Vaupel JW, Baudisch A (2012-04-06). «Накопление мутаций может быть незначительной силой в формировании черт жизненного цикла». PLOS ONE . ​​7 (4): e34146. Bibcode :2012PLoSO...734146D. doi : 10.1371/journal.pone.0034146 . PMC 3320907 . PMID  22493680. 
  14. ^ Rifkin SA, Houle D, Kim J, White KP (ноябрь 2005 г.). «Анализ накопления мутаций обнаруживает широкую способность к быстрой эволюции экспрессии генов». Nature . 438 (7065): 220–223. Bibcode :2005Natur.438..220R. doi :10.1038/nature04114. PMID  16281035. S2CID  4413696.
  15. ^ Nei M (июль 2007 г.). «Новая мутационная теория фенотипической эволюции». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (30): 12235–12242. Bibcode : 2007PNAS..10412235N. doi : 10.1073/pnas.0703349104 . PMC 1941456. PMID  17640887 . 
  16. ^ Каган, Алекс; Баез-Ортега, Адриан; Брзозовска, Наталия; Абаскал, Федерико; Куренс, Тим ХХ; Сандерс, Матейс А.; Лоусон, Эндрю Р. Дж.; Харви, Люк М. Р.; Бхосле, Шрирам; Джонс, Дэвид; Алькантара, Рауль Э. (апрель 2022 г.). «Скорость соматических мутаций зависит от продолжительности жизни млекопитающих». Nature . 604 (7906): 517–524. Bibcode :2022Natur.604..517C. doi :10.1038/s41586-022-04618-z. ISSN  1476-4687. PMC 9021023 . PMID  35418684. 
  17. ^ Carter AJ, Nguyen AQ (декабрь 2011 г.). «Антагонистическая плейотропия как распространенный механизм поддержания полиморфных аллелей заболеваний». BMC Medical Genetics . 12 : 160. doi : 10.1186/1471-2350-12-160 . PMC 3254080. PMID  22151998 . 
  18. ^ Curtsinger JW (2001). «Старение: генетические теории». Международная энциклопедия социальных и поведенческих наук . С. 13897–902. doi :10.1016/B0-08-043076-7/03374-X. ISBN 978-0-08-043076-8.
  19. ^ Leroi AM, Chippindale AK, Rose MR (август 1994). «Долгосрочная лабораторная эволюция генетического жизненного цикла Drosophila melanogaster . 1. Роль взаимодействия генотипа и окружающей среды». Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 48 (4): 1244–1257. doi :10.1111/j.1558-5646.1994.tb05309.x. PMID  28564485. S2CID  22492109.
  20. ^ Lorenzini A, Stamato T, Sell C (ноябрь 2011 г.). «Пересмотр теории одноразовой сомы: время как ресурс в теориях старения». Cell Cycle . 10 (22): 3853–3856. doi : 10.4161/cc.10.22.18302 . PMID  22071624.
  21. ^ van den Heuvel J, English S, Uller T (2016-01-11). Criscuolo F (ред.). "Теория одноразовой сомы и эволюция материнских эффектов на старение". PLOS ONE . ​​11 (1): e0145544. Bibcode :2016PLoSO..1145544V. doi : 10.1371/journal.pone.0145544 . PMC 4709080 . PMID  26752635. 
  22. ^ Weindruch R, Walford IL (1986). Замедление старения и болезней с помощью диетических ограничений . Спрингфилд, Иллинойс: Thomas.
  23. ^ Weindruch R (1996). «Замедление старения ограничением калорийности: исследования на грызунах и приматах». Toxicologic Pathology . 24 (6): 742–745. doi : 10.1177/019262339602400618 . PMID  8994305. S2CID  13212021.
  24. ^ Masoro EJ (сентябрь 2005 г.). «Обзор ограничения калорийности и старения». Механизмы старения и развития . 126 (9): 913–922. doi :10.1016/j.mad.2005.03.012. PMID  15885745. S2CID  8451228.Обзор ограничения калорийности и старения.
  25. ^ Атиг РК, Хсуна С, Беро-Коломб Э, Абдельхак С (2009). «[Митохондриальная ДНК: свойства и применение]». Архивы Института Пастера Туниса . 86 (1–4): 3–14. ПМИД  20707216.
  26. ^ Maynard S, Fang EF, Scheibye-Knudsen M, Croteau DL, Bohr VA (сентябрь 2015 г.). «Повреждение ДНК, восстановление ДНК, старение и нейродегенерация». Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine . 5 (10): a025130. doi :10.1101/cshperspect.a025130. PMC 4588127. PMID  26385091 . 
  27. ^ Gensler HL, Bernstein H (сентябрь 1981 г.). «Повреждение ДНК как основная причина старения». The Quarterly Review of Biology . 56 (3): 279–303. doi :10.1086/412317. PMID  7031747. S2CID  20822805.
  28. ^ Gensler HL (1981). «Низкий уровень УФ-индуцированного незапланированного синтеза ДНК в постмитотических клетках мозга хомяков: возможное отношение к старению». Experimental Gerontology . 16 (2): 199–207. doi :10.1016/0531-5565(81)90046-2. PMID  7286098. S2CID  6261990.
  29. ^ Karran P, Moscona A, Strauss B (июль 1977 г.). «Снижение репарации ДНК в процессе развития в нейронных клетках сетчатки куриных эмбрионов. Постоянный дефицит репарационной компетентности в клеточной линии, полученной из поздних эмбрионов». Журнал клеточной биологии . 74 (1): 274–286. doi :10.1083/jcb.74.1.274. PMC 2109876. PMID 559680  . 
  30. ^ Lampidis TJ, Schaiberger GE (декабрь 1975 г.). «Связанная с возрастом потеря синтеза репарации ДНК в изолированных клетках миокарда крысы». Experimental Cell Research . 96 (2): 412–416. doi :10.1016/0014-4827(75)90276-1. PMID  1193184.
  31. ^ Rodier F, Campisi J, Bhaumik D (2007-12-15). «Два лица p53: старение и подавление опухолей». Nucleic Acids Research . 35 (22): 7475–7484. doi : 10.1093 /nar/gkm744 . PMC 2190721. PMID  17942417. 
  32. ^ Tower J (сентябрь 2015 г.). «Запрограммированная гибель клеток при старении». Ageing Research Reviews . 23 (Pt A): 90–100. doi :10.1016/j.arr.2015.04.002. PMC 4480161. PMID  25862945 . 
  33. ^ Sahin E, Colla S, Liesa M, Moslehi J, Müller FL, Guo M и др. (февраль 2011 г.). «Дисфункция теломер вызывает метаболический и митохондриальный компромисс». Nature . 470 (7334): 359–365. Bibcode :2011Natur.470..359S. doi :10.1038/nature09787. PMC 3741661 . PMID  21307849. 
  34. ^ Петрусева И.О., Евдокимов А.Н., Лаврик О.И. (2017). «Поддержание стабильности генома у голого землекопа». Acta Naturae . 9 (4): 31–41. doi :10.32607/20758251-2017-9-4-31-41. PMC 5762826 . PMID  29340215. 
  35. ^ Delaney, MA; Ward, JM; Walsh, TF; Chinnadurai, SK; Kerns, K.; Kinsel, MJ; Treuting, PM (2016). «Первоначальные сообщения о случаях рака у голых землекопов (Heterocephalus glaber)». Veterinary Pathology . 53 (3): 691–696. doi : 10.1177/0300985816630796 . ISSN  0300-9858. PMID  26846576. S2CID  3746533.
  36. ^ Тейлор, Кайл Р.; Милоне, Николас А.; Родригес, Карлос Э. (2016). «Четыре случая спонтанной неоплазии у голого землекопа (Heterocephalus glaber), предполагаемого вида, устойчивого к раку». Журналы геронтологии, серия A: Биологические науки и медицинские науки . 72 (1): 38–43. doi : 10.1093/gerona/glw047 . ISSN  1079-5006. PMID  27129918.
  37. ^ Голдсмит Т (2009). «Старение млекопитающих: активные и пассивные механизмы». Журнал гипотез бионауки . 2 (2): 59–64. doi :10.1016/j.bihy.2008.12.002.В статье сравниваются теории запрограммированного и незапрограммированного поддержания старения в свете эмпирических данных.
  38. ^ Холлидей Р. (май 2006 г.). «Старение больше не является нерешенной проблемой в биологии». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 1067 (1): 1–9. Bibcode : 2006NYASA1067....1H. doi : 10.1196/annals.1354.002. PMID  16803964. S2CID  9390016.
  39. ^ Hamilton WD (сентябрь 1966). «Формирование старения естественным отбором». Журнал теоретической биологии . 12 (1): 12–45. Bibcode : 1966JThBi..12...12H. doi : 10.1016/0022-5193(66)90184-6. PMID  6015424.
  40. ^ Flatt T, Schmidt PS (октябрь 2009 г.). «Интеграция эволюционной и молекулярной генетики старения». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие предметы . 1790 (10): 951–962. doi :10.1016/j.bbagen.2009.07.010. PMC 2972575. PMID  19619612 . 
  41. ^ Миттельдорф Дж. (2006). «Хаотическая динамика населения и эволюция старения: предложение демографической теории старения». Исследования эволюционной экологии . 8 : 561–74.О динамике населения как механизме эволюции старения.
  42. ^ Ли РД (август 2003 г.). «Переосмысление эволюционной теории старения: переходы, а не рождения, формируют старение у социальных видов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (16): 9637–9642. Bibcode : 2003PNAS..100.9637L. doi : 10.1073 /pnas.1530303100 . PMC 170970. PMID  12878733. 
  43. ^ Скулачев ВП (ноябрь 1997). «Старение — это специфическая биологическая функция, а не результат нарушения в сложных живых системах: биохимические доказательства в поддержку гипотезы Вейсмана». Биохимия. Биохимия . 62 (11): 1191–1195. PMID  9467841.
  44. ^ Goldsmith TC (июнь 2008 г.). «Старение, эволюционируемость и требование индивидуальной выгоды; медицинские последствия споров теории старения». Журнал теоретической биологии . 252 (4): 764–768. Bibcode : 2008JThBi.252..764G. doi : 10.1016/j.jtbi.2008.02.035. PMID  18396295.
  45. ^ Lenart P, Bienertová-Vašků J (август 2017 г.). «Идти в ногу с Красной Королевой: темп старения как адаптация». Biogerontology . 18 (4): 693–709. doi :10.1007/s10522-016-9674-4. PMID  28013399. S2CID  11048849.
  46. ^ "NCI Dictionary of Cancer Terms". Национальный институт рака . 2011-02-02 . Получено 2020-04-11 .
  47. ^ Медведев З.А. (декабрь 1981 г.). «О бессмертии зародышевой линии: генетический и биохимический механизм. Обзор». Механизмы старения и развития . 17 (4): 331–359. doi :10.1016/0047-6374(81)90052-X. PMID  6173551. S2CID  35719466.
  48. ^ Carrero D, Soria-Valles C, López-Otín C (июль 2016 г.). «Отличительные черты прогероидных синдромов: уроки, полученные от мышей и перепрограммированных клеток». Disease Models & Mechanisms . 9 (7): 719–735. doi :10.1242/dmm.024711. PMC 4958309. PMID  27482812. 
  49. ^ "Прогерия". WebMD . Получено 2020-04-11 .
  50. ^ "Синдром прогерии Хатчинсона-Гилфорда". Genetics Home Reference . Получено 2019-03-27 .
  51. ^ King RC, Mulligan PK, Stansfield WD (2013). Словарь генетики (8-е изд.). Нью-Йорк: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-937686-5. OCLC  871046520.
  52. ^ "Синдром прогерии Хатчинсона-Гилфорда". Genetics Home Reference . Получено 2020-04-11 .
  53. ^ abc McDonald RB (2019). Биология старения (Второе изд.). Бока-Ратон. ISBN 978-0-8153-4567-1. OCLC  1056201427.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  54. ^ Redwood AB, Perkins SM, Vanderwaal RP, Feng Z, Biehl KJ, Gonzalez-Suarez I, Morgado-Palacin L, Shi W, Sage J, Roti-Roti JL, Stewart CL, Zhang J, Gonzalo S (27 октября 2014 г.). "Двойная роль ламинов типа А в восстановлении двухцепочечных разрывов ДНК". Cell Cycle. 10 (15): 2549–2560. doi:10.4161/cc.10.15.16531. PMC 3180193. PMID  21701264
  55. ^ ab Liu B, Wang J, Chan KM, Tjia WM, Deng W, Guan X, Huang Jd, Li KM, Chau PY, Chen DJ, Pei D, Pendas AM, Cadiñanos J, López-Otín C, Tse HF, Hutchison C, Chen J, Cao Y, Cheah KSE, Tryggvason K, Zhou Z (26 июня 2005 г.). "Геномная нестабильность при преждевременном старении, вызванном ламинопатией". Nature Medicine. 11 (7): 780–785. doi:10.1038/nm1266. PMID  15980864. S2CID 11798376
  56. ^ ab "Синдром Вернера". Genetics Home Reference . Получено 2020-04-11 .
  57. ^ Ямамото К, Имакиире А, Миягава Н, Касахара Т (декабрь 2003 г.). «Отчет о двух случаях синдрома Вернера и обзор литературы». Журнал ортопедической хирургии . 11 (2): 224–233. doi : 10.1177/230949900301100222 . PMID  14676353.
  58. ^ Navarro CL, Cau P, Lévy N (октябрь 2006 г.). «Молекулярные основы прогероидных синдромов». Молекулярная генетика человека . 15 Spec No 2 (suppl_2): R151–R161. doi : 10.1093/hmg/ddl214 . PMID  16987878.
  59. ^ ab Томпсон Л. Х., Шильд Д. Рекомбинационная репарация ДНК и болезни человека. Mutat Res. 2002 30 ноября;509(1-2):49-78. doi: 10.1016/s0027-5107(02)00224-5. PMID 12427531
  60. ^ "Запись OMIM - # 210900 - СИНДРОМ БЛУМА; BLM". omim.org . Получено 11.04.2020 .
  61. ^ "Синдром Блума". Genetics Home Reference . Получено 2020-04-11 .
  62. ^ "Запись OMIM - # 216400 - СИНДРОМ КОКЕЙНА A; CSA". omim.org . Получено 11.04.2020 .
  63. ^ "Синдром Ротмунда-Томсона". Genetics Home Reference . Получено 2020-04-11 .
  64. ^ Чен Д., Гуаренте Л. (февраль 2007 г.). «SIR2: потенциальная цель для миметиков ограничения калорий». Тенденции в молекулярной медицине . 13 (2): 64–71. doi :10.1016/j.molmed.2006.12.004. PMID  17207661.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки