Dlaczego się starzejemy?

1

Siwiejące włosy, zmarszczki i problemy z pamięcią to oczywiste sygnały, że organizm wkracza w „jesień życia”. Naukowcy od lat szukają odpowiedzi na pytanie, dlaczego – zamiast cieszyć się wiecznym zdrowiem i dobrą formą – od pewnego momentu nasze organizmy zaczynają się psuć, by z czasem przestać działać na zawsze. Odpowiedź znajduje się w naszych komórkach.

Szacuje się, że dziecko, które przyszło na świat w Polsce w roku 2012 będzie żyło nieco ponad 76 lat, podczas gdy zaledwie pół wieku wcześniej przepowiadano by mu życie aż o dziewięć lat krótsze. To i tak nieźle, bo w średniowiecznej Europie niewielu dożywało 30. urodzin. Borykanie się ze starością jest więc stosunkowo nowym problemem naszej cywilizacji. Niestety, mimo że średnia długość życia na przestrzeni kilku ostatnich dekad znacznie wzrosła (i ten trend nadal się utrzymuje), to nie notuje się kolejnych rekordów długowieczności.

W tej chwili tytuł najdłużej żyjącej osoby należy do zmarłej w 1997 Francuzki Jeanne Calment. W chwili śmierci kobieta miała skończone – bagatela! – 122 lata i pięć miesięcy. Choć na świecie żyje, jak się szacuje, od 300 do 450 tzw. superstulatków, czyli osób, które mają co najmniej 110 lat, rekord madame Calment nie zostanie pobity przynajmniej przez najbliższe sześć. Zgoła inna rzecz trapi osoby, u których zdiagnozowano tzw. zespół Wernera, czyli progerię. Chorzy zaraz po wejściu w okres dojrzewania zaczynają się starzeć znacznie szybciej niż ich rówieśnicy. W rezultacie w wieku 30–40 lat wyglądają jak sześćdziesięciolatkowie – mają siwe włosy i zmarszczki. Umierają przedwcześnie z powodu typowych dla podeszłego wieku chorób układu krążenia i nowotworów.

Różnice w tempie starzenia się gatunków to jedna z cech życia na Ziemi. Słoń afrykański żyje przeciętnie około 70 lat, podczas gdy pies – tylko 14. Z kolei stułbie zdają się w ogóle nie mieć problemu z procesem starzenia. Te malutkie bezkręgowce, zasiedlające zbiorniki słodkowodne mają wyjątkowe zdolności regeneracyjne, które w skrajnych przypadkach pozwalają im odtworzyć cały organizm z jednej tylko komórki. Według niektórych naukowców taka umiejętność może sugerować, że z biologicznego punktu widzenia stułbie są nieśmiertelne.

Zegar genetyczny

Krokiem milowym w wyjaśnieniu przyczyn skomplikowanego procesu, jakim jest starzenie się organizmów było odkrycie, że komórki ludzkiego ciała nie mogą się dzielić w nieskończoność. Udowodnili to w 1965 roku dwaj amerykańscy lekarze – Leonard Hayflick i Paul Moorheadem. Wszystko stało się jasne: komórki dzielą się przez całe swoje życie, ale po dokonaniu pewnej ustalonej liczby podziałów uruchamiają się w nich mechanizmy prowadzące do obumierania. Maksymalna liczba podziałów, nazywana dzisiaj limitem Hayflicka, jest różna dla różnych tkanek. Dla komórek jest jednak wartością niezmienną. To oznacza, że gdy komórka ma zaprogramowany limit 50 podziałów, to po tylu właśnie obumrze. Nie stanie się to ani wcześniej, ani później. A co by się wydarzyło, gdybyśmy naszą 50-podziałową komórkę zamrozili w ciekłym azocie po 30. podziale? Nic – po rozmrożeniu podzieli się jeszcze dokładnie 20 razy i zakończy żywot. Naukowcy uważają więc, że w celu określenia dokładnego stanu komórek, należy podawać liczbę osiągniętych podziałów, a nie ich wiek.

Nasuwa się więc pytanie: skąd komórka „wie”, kiedy ma się przestać dzielić i obumrzeć? Wiele wskazuje, że ma to związek z tzw. telomerami, czyli strukturami, które znajdują się we wnętrzu wszystkich komórek jądrowych. DNA, czyli materiał genetyczny w jądrze komórkowym, jest ściśle uporządkowany i tworzy struktury zwane chromosomami. To właśnie dzięki genom w chromosomach komórka wie, że ma wytwarzać potrzebne jej białka, enzymy i inne cząsteczki. Telomery natomiast znajdują się na końcówkach chromosomów i są pozornie bezużyteczne, ponieważ nie zawierają żadnych genów. W dodatku z każdym podziałem ulegają skróceniu!

Dlaczego więc są takie ważne? Gdy komórka ulega podziałowi, jej materiał genetyczny musi zostać skopiowany, by dwie komórki potomne miały tę samą informację genetyczną. Enzymy biorące udział w tym skomplikowanym procesie nie potrafią jednak zdublować całego chromosomu i zlokalizowane na obu jego końcach małe fragmenty pozostają nieskopiowane. To dlatego każdy chromosom potomny jest krótszy od pierwowzoru. Brakujący fragment pochodzi z pozbawionych genów telomerów, które w ten sposób zabezpieczają poprawne przekazanie materiału genetycznego komórce potomnej. Gdy w wyniku skracania dochodzi do sytuacji, w której telomer jest już tak krótki, że zanika, replikacja genów zostaje zaburzona i komórka nie dzieli się, lecz obumiera.

Nieśmiertelna Henrietta Lacks

Nie wszystkie ludzkie komórki posiadają taki telomerowy zegar. W 1951 roku amerykański lekarz George Otto Gey pobrał komórki nowotworowe od Henrietty Lacks. Kobieta cierpiała na raka szyjki macicy. Choć zmarła kilka miesięcy później, komórki nowotworu dzieliły się nadal. Wkrótce okazało się, że są nieśmiertelne, a Gey przekazał je do celów badawczych. Komórki HeLa (nazwane tak od pierwszych liter imienia i nazwiska Henrietty) namnażają się do dzisiaj i są stosowane we wszystkich laboratoriach świata zajmujących się hodowlami komórkowymi. Ich łączna masa wielokrotnie przewyższyła już masę zmarłej kobiety.

Dokładne badania wykazały, że komórki HeLa mają specyficzną postać enzymu zwanego telomerazą. Telomeraza dobudowuje brakujący fragment chromosomu podczas jego kopiowania, co sprawia, że telomery – mimo kolejnych podziałów – nie skracają się. Taka komórka nie posiada limitu Hayflicka, może się dzielić w nieskończoność i z biologicznego punktu widzenia jest nieśmiertelna! Taki proces niestety z reguły nie występuje w komórkach tworzących ciało człowieka. Poza pewnymi wyjątkami, jak komórki macierzyste, komórki linii płciowej (z których powstają komórki jajowe i plemniki) czy komórki rozwijającego się płodu. Ciało wspomnianej wcześniej stułbi zbudowane jest z mieszaniny komórek somatycznych (bez telomerazy) i generatywnych (z aktywnym enzymem), co najpewniej stanowi przyczynę długowieczności tych organizmów.

Niestety, eksperymentalne wprowadzenie telomerazy do organizmu myszy, zamiast spodziewanego wydłużenia życia komórek, wywołało w nich zmiany nowotworowe. Dalsze badania wykazały, że do takiej samej sytuacji może dojść także w naturalnych warunkach. W wyniku mutacji komórka zamiast obumrzeć po osiągnięciu limitu Hayflicka, może zamienić się w nowotwór. Z tego powodu telomeraza nie jest i prawdopodobnie nie będzie panaceum na starzenie się.

Nie daj się zmutować

Choć telomerowy „zegar” i związany z nim limit Hayflicka wyjaśniają, dlaczego komórki umierają, to nie tłumaczą w pełni mechanizmu starzenia się. By go zrozumieć, należy uświadomić sobie, w jaki sposób komórka dokonuje podziału, czyli mitozy. Aby obie komórki potomne były wiernymi kopiami komórki-matki, jej materiał genetyczny musi zostać dokładnie skopiowany na krótko przed podziałem. Towarzyszy temu wzmożona synteza białek i innych cząsteczek potrzebnych do przeprowadzenia podziału oraz do wiernego odtworzenia architektury komórki po nim.

Gdy w materiale genetycznym przed jego powieleniem pojawi się mutacja, która nie zostanie w porę usunięta, znajdziemy ją w obu komórkach potomnych, ponieważ zostanie skopiowana razem z prawidłowym DNA. Zmutowane komórki będą przekazywały zmieniony materiał dalej, a po pewnym czasie – z racji tego, że stare komórki są zastępowane przez nowe – mutacja będzie obecna w znacznej części tkanki czy narządu. Zmienione komórki mogą zachowywać się bardzo różnie – jedne funkcjonują dokładnie tak, jak ich zdrowe odpowiedniki; inne przestają spełniać swoją naturalną funkcję, co prowadzi do powstania chorób; jeszcze inne, dotknięte poważnymi mutacjami, wymykają się spod kontroli organizmu i prowadzą do powstania nowotworu.

Do mutacji może dojść w każdej chwili i zależy to od wielu czynników, również od zwykłego przypadku. Większość zmian jest na bieżąco naprawiana, lecz niektóre gromadzą się w kolejnych generacjach komórek, w efekcie czego wraz z wiekiem prawdopodobieństwo wystąpienia wielu chorób znacznie rośnie. Popularna teoria definiuje starzenie komórki jako nagromadzenie mutacji DNA, uszkodzeń i innych błędów w jej obrębie, które z czasem prowadzą do upośledzenia funkcjonowania. To z kolei przekłada się na zaburzenia w funkcjonowaniu zbudowanych z komórek tkanek, narządów i wreszcie całego organizmu. Dlaczego zatem jedni ludzie żyją dłużej od innych?

Dużą rolę odgrywa tutaj styl życia. Choć mutacje zachodzą także spontanicznie, pewne czynniki fizyczne czy chemiczne znacząco zwiększają prawdopodobieństwo ich wystąpienia. Należą do nich np. stosowane do ochrony roślin pestycydy. Innym przykładem jest dym tytoniowy, który po kontakcie z komórkami płuc wywołuje w nich prowadzące do raka mutacje. Promieniowanie UV, na którego działanie jesteśmy wystawieni w słoneczne dni, wywołuje uszkodzenia DNA w komórkach skóry, co może prowadzić do rozwoju nowotworów. Z kolei promieniowanie jonizujące, na przykład rentgenowskie, w wysokich dawkach wywołuje poważne mutacje w wielu komórkach organizmu.

Paradoksalnie, wielkim sojusznikiem starzenia się jest tlen. W wyniku metabolicznych przekształceń z tego niezbędnego dla życia pierwiastka powstają niezwykle aktywne tzw. wolne rodniki, które bardzo łatwo wchodzą w reakcje z cząsteczkami budującymi nasze komórki, a to prowadzi do licznych uszkodzeń i mutacji. Niedawno odkryto, że jedna z reaktywnych form tlenu – nadtlenek wodoru – zaburza syntezę melaniny, naturalnego barwnika włosów, co wydaje się być główną przyczyną siwienia. Choć komórki posiadają liczne mechanizmy obrony przed rodnikami, niektóre uszkodzenia i mutacje zostają przekazane kolejnym pokoleniom. Tkanki można wspomóc w tej walce poprzez dostarczanie z dietą silnych przeciwutleniaczy, do których należą przede wszystkim witaminy C i E. Nie bez znaczenia w procesie starzenia się jest również DNA. Jeśli posiadamy sprawne geny odpowiedzialne za naprawianie uszkodzeń w komórce (np. te związane z wytwarzaniem enzymów przeciwutleniających, takich jak katalaza czy peroksydaza glutationowa), nasz organizm lepiej będzie sobie radził z usuwaniem mutacji i efektów działania wolnych rodników.

Mimo, że medycyna radzi sobie coraz lepiej z chorobami, które najczęściej są przyczyną zgonu, a ludzie, zmieniając swój styl życia, są w stanie dłużej utrzymać swój organizm w dobrej kondycji, nieprędko doczekamy się powszechnego świętowania 150. urodzin. Choć wizja długiego życia kusi bardzo wielu, należy zastanowić się, czy aspekty medyczne są jedyną poprzeczką do przeskoczenia. W końcu czy wizja przeludnionego i zanieczyszczonego świata z powszechnymi brakami pożywienia i wody pitnej oraz surowcami na wyczerpaniu rzeczywiście brzmi tak kusząco?

 

Źródło: http://www.focus.pl/czlowiek/dlaczego-sie-starzejemy-11152?strona=3

Dodaj komentarz