ДНК содержится в ядре клетки. Чтобы поместиться в ядре, ей приходится сворачиваться в тугие спирали, формируя таким образом структуры, которые мы называем хромосомами.
Самый популярный ответ на вопрос, почему мы стареем, состоит в том, что ДНК повреждается свободными радикалами. Чем сильнее повреждается ДНК, тем менее ясными становятся инструкции по сборке белков. Это уменьшает функциональность клеток, и они стареют. Но теория повреждения ДНК – это еще не вся история. Во-первых, большинство свободных радикалов просто не могут добраться до нашей ДНК, потому что она надежно спрятана в ядре клетки. Кроме того, нет никакой четкой корреляции между скоростью повреждения ДНК биологического вида и продолжительностью его жизни. Некоторые животные страдают от постоянных повреждений ДНК, но все равно доживают до глубокой старости.
Тем не менее многие люди совершенно уверены, что стареем мы в основном из-за повреждения ДНК. Они часто говорят о так называемых болезнях ускоренного старения, которые заставляют людей стареть быстрее обычного. Большинство этих болезней действительно вызываются повреждением ДНК. По этой причине многие считают, что повреждения ДНК – это единственная причина старения вообще. Но все не так просто.
Вспомним самую известную болезнь ускоренного старения – прогерию, она же синдром Гетчинсона-Гилфорда
[45]. Пациенты с прогерией стареют в семь раз быстрее, чем здоровые люди, и в среднем живут не дольше тринадцати лет. В этом возрасте они выглядят так, словно им 80: лысые, с тонкой, морщинистой кожей с выступающими венами, острым крючковатым носом и тонкими ногами, и руками с очень маленькой мышечной массой.
Молодые пациенты с прогерией выглядят намного старше, чем на самом деле. Это фотография 16-летнего Сэма Бернса. Его родители попросили упомянуть его лекцию «Моя философия счастливой жизни» (“My Philosophy for a Happy Life”) в этой книге; ее можно посмотреть на YouTube.
(Фото: Scott and Leslie Berns, The Progeria Foundation.)
У детей с прогерией обычно негибкие, малоподвижные суставы (остеоартрит) и проблемы с сосудами. Часто они умирают от сердечного приступа. Их интеллект остается нормальным, и они отлично понимают, что стареют очень быстро. Как жить с телом, которое очень быстро стареет и не подарит вам долгой жизни, рассказал Сэм Бернс, 17-летний пациент с прогерией, который прочитал очень вдохновляющую лекцию о своей болезни. Она получила несколько миллионов просмотров в Интернете. Вскоре после публикации этой лекции он умер от осложнений прогерии.
Прогерия вызывается сильным повреждением ДНК. ДНК в ядре клетки повреждается, потому что само ядро просто коллапсирует
[46]. Обычно ядро клетки – это крепкий полый шар со стенкой из жиров и белков, внутри которого плавает ДНК. При прогерии, однако, один из белков, из которых состоит стенка ядра, имеет неправильную форму. Обычно этот белок служит своеобразной балкой, которая поддерживает ядро клетки и придает ей круглую форму. Тысячи этих белков делают из ядра аккуратный шарик. Но если у этих белков неправильная форма, ядро клетки становится нестабильным и превращается в подобие сдутого футбольного мячика. Вот из-за чего повреждается ДНК. У пациентов с прогерией развиваются самые разные проблемы, и они быстрее стареют. Поскольку больные прогерией так быстро стареют, а болезнь вызывается повреждением ДНК, многие ученые считали, что нормальный процесс старения тоже вызывается в основном повреждением ДНК. Однако если посмотреть на прогерию внимательнее, то мы увидим, что эта болезнь вовсе не имитирует нормальный процесс старения. Больные прогерией страдают от некоторых типичных симптомов старения, например, облысения, сердечно-сосудистых заболеваний и артрита, но у них не бывает болезней Альцгеймера или Паркинсона, проблем со слухом или зрением, ослабления иммунной системы, повышения жиров в крови или катаракты. Иными словами, симптомы прогерии до определенной степени напоминают симптомы старения, но многие типичные симптомы и болезни, связанные со старением, не проявляются.
Повреждение ДНК – это не единственная причина, по которой мы стареем. В этом участвуют и другие процессы: сахарные поперечные связи, агломерация белков и дефекты митохондрий. Эти процессы развиваются десятилетиями. Поскольку больные прогерией не доживают и до двадцати лет, у них не накапливается, например, достаточно сахарных поперечных связей для образования катаракты, или достаточно белковых агломераций в мозге, которые вызывают болезнь Альцгеймера. Тем не менее больные прогерией действительно выглядят как старики, потому что и при прогерии, и при нормальном старении результат примерно одинаков: массовое отмирание клеток. Но вот причины у этого разные: при прогерии клетки умирают из-за коллапса ядер, а при нормальном старении клетки умирают из-за накопления белков, дефективных митохондрий или поперечных связей.
Болезни, подобные прогерии, показывают, что повреждения ДНК – это еще не вся история. Далеко не вся, потому что то, что происходит вокруг ДНК, тоже очень важно. Эти процессы определяют, какие части ДНК активны и, соответственно, передают инструкции по сборке определенных белков. Давайте я объясню это подробнее. ДНК скручена в тугую пружину внутри ядра клетки. Она навивается вокруг специальных «катушек» (которые состоят из белков). Эти «катушки» определяют, насколько туго скручиваются те или иные участки ДНК. Чем менее туго скручена ДНК, тем она активнее и лучше передает инструкции по сборке белков. Когда мы стареем, этот процесс перестает работать гладко. Некоторые участки ДНК слишком сильно разворачиваются, другие, напротив, слишком сильно скручиваются. В результате клетка функционирует уже не так хорошо, как должна. Наука, изучающая скручивание и раскручивание ДНК, называется эпигенетикой, и это очень интересная развивающаяся отрасль. (Существуют и другие эпигенетические механизмы, но они лежат за пределами тематики этой книги). Эпигенетика объясняет, почему повреждение ДНК – лишь часть истории. То, что происходит вокруг ДНК, скорее всего, даже важнее.
Кроме того, определенную роль в старении играет и еще один связанный с ДНК процесс: укорачивание теломер. Теломеры – это части ДНК, но не простые: это конечные участки цепочек ДНК. Теломеры не дают нитям ДНК развязаться. ДНК в ядре клетки можно сравнить с коллекцией ниток. В каждом ядре клетки содержится 46 связок ниток – 46 цепочек ДНК. Одну связку ниток ДНК называют хромосомой. Если взять одну связку ниток и развернуть ее, получив одну большую нитку, то на ее концах вы найдете теломеры. Теломеры входят в ДНК, но не содержат никаких инструкций для сборки белков.
