научная статья по теме КОНТРОЛЬ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ У ГРИБОВ И ДРУГИХ ОРГАНИЗМОВ. КОНЦЕПЦИЯ ВЕСОВ Биология

Текст научной статьи на тему «КОНТРОЛЬ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ У ГРИБОВ И ДРУГИХ ОРГАНИЗМОВ. КОНЦЕПЦИЯ ВЕСОВ»

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ, 2011, том 72, № 4, с. 243-268

УДК 57.011:57.017.6:577.24

КОНТРОЛЬ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ У ГРИБОВ И ДРУГИХ ОРГАНИЗМОВ. КОНЦЕПЦИЯ ВЕСОВ

© 2011 г. И. С. Мажейка1,2, О. А. Кудрявцева1, О. В. Камзолкина1

1Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова биологический факультет, кафедра микологии и альгологии 119991 Москва, Ленинские горы e-mail: mycol@yandex.ru 2Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН 119991 Москва, ул. Губкина, 3 Поступила в редакцию 20.12.2010 г.

В настоящем обзоре основное внимание уделено геронтологическим процессам, происходящим на клеточно-колониальном уровне организации у грибов и клеточно-тканевом - у других организмов. Механизмы старения и антистарения, работающие на данных уровнях, являются общими для всех живых организмов. Грибы с их близкой к тканевой организацией таллома, как объект, предоставляют широкий спектр возможностей в решении задач общего геронтологического значения. Выделены три базисных (хронологический, репликативный и клеточный суицидальный) и несколько дополнительных механизмов старения, дана классификация накапливающихся в клетках стохастических факторов старения. Показано, что у сложных многоклеточных организмов действуют механизмы старения и антистарения на уровне взаимодействия между тканями, но в основе работы таких механизмов лежат вышеназванные консервативные базисные механизмы. Предложена предварительная обобщающая концепция старения - концепция весов, основанная на модели равновесного и неравновесного противодействия стрессовых воздействий и различных механизмов старения и антистарения с разной степенью генетической запрограммированности. Подтверждена важность вклада микологической геронтологии в расширение представлений о природе старения.

Современная геронтология располагает значительным объемом эмпирических данных, связанных с генетикой, биохимией и физиологией процессов, влияющих на продолжительность жизни и скорость старения организмов. Среди важных разработок в данной области следует отметить установление ряда функциональных особенностей митохондрий - работу и регуляцию комплексов дыхательной цепи, генерацию активных форм кислорода, альтернативное дыхание и так далее (Lambowitz et al., 1989; Gredilla et al., 2001; Barja, 2004; Osiewacz, Hamann, 2006; Osiewacz, Scheckhuber, 2006; Sellem et al., 2007; Druzhyna et al., 2008; Maas et al., 2009; Sellem et al., 2009). Также стоит отметить быстрое накопление данных, пусть пока лишь фрагментарных, о сложных регуляторных сетях, связывающих стрессы, питание и продолжительность жизни, таких, как ретроградный ответ, TOR-киназный путь регуляции, диетическая регуляция (Walford et al., 1987; Liao et al., 1991; Sekito et al., 2002; Powers et al., 2004; Giannattasio et al., 2005; Goldsmith, 2006;

Masoro, 2006а; Passos et al., 2007; Wei et al., 2009). Важный вклад в формирование современных представлений о старении внесли исследования механизмов и контроля фильтрации нарушенных клеточных компонентов, обеспечивающих асимметрию цитокинеза и репликативное старение (Lai et al., 2002; Rujano et al., 2006; Erjavec et al., 2007). Большое значение для геронтологии приобрели достижения в изучении клеточного суицида (Дьяков, Долгова, 1995; Ванюшин, 2001; Гордеева и др., 2004; Skulachev, 2004; Lu, 2006). Все больше появляется подтверждений тому, что механизмы старения множественно продублированы (Потапенко, Акифъев, 1999). Кроме всего прочего, дублирование выражается еще и в наличии дополнительных механизмов старения, повышающих вероятность своевременной смерти или выполняющих другие функции. Примером дополнительных механизмов могут служить участие в репликативном старении сенесценс-плазмид у некоторых грибов и митотическое укорочение теломер в соматических клетках позво-

ночных (Borghouts et al., 1997; Silar et al., 1997; Begel et al., 1999; Toussaint et al., 2004; Passos et al., 2007).

Очевидный прогресс в экспериментальной геронтологии не сопряжен с такими же очевидными успехами в области теоретических обоснований. Ни одна современная гипотеза/теория старения не способны одновременно представить общие закономерности старения, охватить частные аспекты, основанные на экспериментальных результатах, и обеспечить теоретическую основу прикладным направлениям науки и медицины. Например, популярная митохондриальная теория старения оперирует лишь долей причин и механизмов явно куда более многогранного процесса старения (Linnane et al., 1989; Lorin et al., 2006; Osiewacz, Hamann, 2006; Meissner, 2007). Другой пример - имеющая полувековой возраст теория антагонистической плейотропии имеет слабый эмпирический базис и может быть использована лишь для обоснования отдельных эволюционных механизмов старения, но не как самостоятельная геронтологическая теория (Gavrilov, Gavrilova, 2002; Goldsmith, 2006). Возможно, время общей геронтологической теоретической системы еще не пришло, но создание предварительных обобщающих концепций, важных для направленной постановки экспериментальных задач, необходимо. И такой системный теоретический подход набирает силу в современных публикациях (Москалев, 2009).

Предварительная системная концепция должна обладать фундаментальными свойствами и в то же время учитывать высокий плюрализм среди исследователей-геронтологов. Можно предложить два принципа для построения концепции старения. Первый принцип, вносящий в концепцию фундаментальность, - основные механизмы старения/антистарения на клеточном/колониальном/тканевом уровнях варьируют в деталях, но в целом являются общими для всех клеточных организмов. Назовем такие механизмы базисными. На клеточном/колониальном/тканевом уровнях действуют также дополнительные механизмы, которые могут быть видоспецифичными. Базисные механизмы работают соответственно и в сложных многоклеточных организмах, являясь основой для механизмов старения/антистарения следующего уровня, связанных с взаимодействием между дифференцированными тканями. Данный принцип не является надуманным - многочисленные современные работы, выполненные на бактериях, грибах, растениях и животных, подтверждают консерватизм базисных механизмов,

которые будут рассмотрены в настоящем обзоре (Barja, 2004; Masoro, 2006а; Rujano et al., 2006; Erjavec et al., 2007; Passos et al., 2007; Москалев, 2009).

Поскольку механизмы клеточно-тканевого старения и антистарения являются общими для всех живых организмов, то грибы с их близкой к тканевой организацией таллома становятся особенно ценным объектом геронтологических исследований. Дрожжевая или мицелиальная грибная колония может имитировать некоторые свойства митотической и постмитотической тканей более сложных организмов при простом переводе ее из фазы экспоненциального роста в стационарную фазу (Bitterman et al., 2003). Некоторые виды грибов обладают выраженным репликативным старением, альтернативными дыхательными путями, хорошо изученным ретроградным ответом (Lambowitz et al., 1989; Sinclair, Guarente, 1997; Sekito et al., 2000; Osiewacz, Hamann, 2006; Sellem et al., 2009). Наиболее популярные объекты исследований, связанных со старением, - почкующиеся дрожжи Saccharomyces cerevisiae и пире-номицет Podospora anserina.

Второй принцип концепции старения - такая концепция должна быть относительно открытой системой. Под открытостью подразумевается возможность свободной модификации концепции сторонними авторами путем добавления новых элементов, не противоречащих общим идеям концепции. Например, приведенные в данном обзоре механизмы и факторы старения составляют некий минимальный набор, предложенный авторами в рамках их собственной осведомленности. Концепцию можно совершенствовать, добавляя новые элементы или дробя их на более частные варианты или внося новые связи между элементами. В сочетании с тенденцией механизмов старения к дублированию подобный подход может снять многие противоречия между взглядами исследователей на проблему старения.

Настоящий обзор посвящен рассмотрению некоторых важных, по мнению авторов, вопросов и экспериментальных разработок, связанных с микологической геронтологией. Однако ввиду общности многих проблем геронтологии в обзоре кроме грибов будут затронуты и представители других групп организмов. Предложена предварительная концепция контроля продолжительности жизни для колониального/тканевого уровней организации - концепция весов, в основе которой лежит равновесное и неравновесное противодействие между собой различных механизмов старения, антистарения и стрессовых факторов.

НЕРАЗРЕШИМАЯ ПРОБЛЕМА

БИОЛОГИИ, СТЕПЕНЬ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ЗАПРОГРАММИРОВАННОСТИ

Теоретическая геронтология в своем историческом развитии дважды в разные периоды сталкивалась с одной и той же, хотя и на разных уровнях, проблемой. Первый раз "неразрешимая проблема биологии" носила скорее методологический характер и была следствием царствования в биологии жесткой парадигмы (Gavrilov, Gavrilova, 2002; Goldsmith, 2006). Старение, по мнению многих ученых конца XIX - первой половины XX в., плохо вписывалось в классическую теорию эволюции Дарвина. Предложенная в конце XIX в. концепция Вейсмана (Weismann - см. Goldsmith, 2006), рассматривающая старение как адаптивный результат группового/альтруистического отбора, многими была принята критически (Gavrilov, Gavrilova, 2002; Москалев, 2009). С парадигмой, ориентированной на классическую теорию эволюции, плохо согласовывались и идея уменьшения продолжительности жизни особи ради блага популяции, и сама возможность отбора старения, поскольку сила отбора с возрастом падает вместе со снижением репродукционного потенциала. Многочисленные теории износа, теории незапрограммированного накопления нарушений, конкурирующие с теорией Вейсмана, плохо объясняли, почему близкие виды в одинаковых условиях могут иметь разную максимальную продолжительность жизни, почему стресс не всегда приводит к уменьшению продолжительности жизни, а также почему длительность жизни явным образом регулируема (Goldsmith, 2006).

Первоначальное разрешение "неразрешимой проблемы биологии" пришло в 30-50-х годах XX в. вместе с появлением

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком