Потому и нет у них смерти, что верность и взаимная любовь их безграничны.
(Н. Ф. Фёдоров)
Принцип, констатирующий отсутствие в многоклеточном организме структуры или органа, который полностью отвечает за централизованное управление онтогенетическими процессами, заставляет предполагать, что онтогенез и устойчивость сложной биологической системы организма обеспечивается аутогомеостатическими межгенными и межклеточными процессами взаимодействия исключительно за счет полноценности и достаточной мощности биологического синтеза в отдельных элементах (клетках), составляющих организм. (Эксперименты свидетельствуют о существовании клеточного старения как независимого феномена. [282])
Другими словами, чтобы преодолеть старость (сохранить или увеличить устойчивость биосистемы многоклеточного организма), достаточно в возрасте полового созревания остановить процесс естественно идущей репрессии генома в клетках организма или сбалансировать механизмы репрессии и дерепрессии генетического аппарата на желаемом уровне.
Наиболее прямолинейным является путь выключения части гистоновых генов - выключение активности тех участков генома, которые ответственны за синтез гистонов (или каких-то иных белков, репрессирующих геном в позднем онтогенезе).
Обнадеживающие результаты в этом направлении получены в работе Р.Б. Хесина и Б.А. Лейбович (1976), показавшие, что искусственная элиминация части гистоновых генов увеличивает матричную активность генома [283].
На сегодняшний день наиболее эффективное адресное направленное выключение активности определённых участков генома осуществляется антисмысловыми олигонуклеотидами (АОН). Стратегия использования АОН основана на уотсон-криковском взаимодействии молекул ДНК с М-РНК-мишеныо. Образование гетеродуплекса ДНК-МРНК приводит к инактивации М-РНК и последующей остановке синтеза белка [284].
Иными словами, под антисмысловым механизмом подразумевается связывание олигонуклеотида с комплементарным участком целевой РНК и подавление внутриклеточной функции данной РНК [285].
Однако, эта простая и привлекательная теоретическая модель в действительности оказалась значительно сложнее. Известны три типа антисмысловых молекул: относительно короткие синтетические олигонуклеотиды [286]; антисмысловые РНК, экспрессирующиеся в клетке после трансфекции антисмысловым геном [287]; рибозимы, обладающие каталитической активностью [288].
Применение синтетических антисмысловых олигонуклеотидов и их аналогов для подавления экспрессии генов путём связывания с комплементарными участками клеточных М-РНКчасто затрудняется ограниченным доступом их в клетку. Поэтому делаются попытки использовать свойство ряда пептидов свободно проникать через клеточные мембраны для облегчения доставки олигонуклеотидов в клетку. К этой группе пептидов принадлежат, в частности, мембраноактивные участки вирусных белков, некоторые гидрофобные пептиды, факторы ядерной локализации, рецептор-связывающие и транслоцирующиеся пептиды, а также их комбинации. Сюда же относятся нековалентные пептидные добавки и появившиеся недавно пептид-олигонуклеотидные конъюгаты (ПНК) [289].
Итак, адресное выключение активности определенных участков генома можно осуществлять однонитевыми антипараллельными отрезками ДНК или РНК, которые комплементарны выключаемым участкам генома [290] (причём, двухнитевая НК в 10 раз эффективнее соответствующей антисмысловой [291]).
Другими словами, наиболее эффективен метод РНК-интерференции, т.е. метод посттранскрипционного подавления экспрессии генов с помощью гомологичных им по нуклеотидной последовательности двухцепочечных РНК (дцРНК) [292, 293].
Наконец, третий путь инактивации РНК-мишени - рибозимы - это молекулы РНК с определённой каталитической активностью. Благодаря их способности сворачиваться в трёхмерную пространственную структуру они могут образовывать карманы для специфических лигандов, а также и активные центры, в которых происходит катализ химических реакций. Аналогично антисмысловым олигонуклеотидам рибозимы могут и нактивировать РНК-мишени, образуя участки комплементарного спаривания, но в дополнении к этому они способны расщеплять несколько молекул РНК-мишений при высвобождении гидролизованной РНК и связывании другой молекулы РНК-мишени [294].
Направленную инактивацию М-РНК гистонов вышеперечисленными методами можно производить инъецируя эти олигонуклеотиды в организм в виде комплекса с фосфатом кальция или в составе линосом, или в полимерных нанокапсулах из обращенных мицелл (последнее наиболее целесообразно ввиду их минимального размера).
С целью преодоления гематоэнцефалитического барьера необходимо инъецировать достаточно малые по длине одноннтевые антипараллельные отрезки нуклеиновых кислот. Выключать следует не активность гистового гена на всем его протяжении, а лишь его промоторные и инициаторные сайты или воздействуя на регуляторные участки генов (гистонов): энхаисеры, селенсеры и др. Для этой цели достаточны антипараллельные олигонуклеотиды малой длины. Вообще понизить синтез гистоновых белков можно воздействием на то или иное, фактически любое, звено их метаболизма.
Постоянно открываются всё новые и новые методики избирательной инактивации (нокаута) гена, например, в лаборатории П. Г. Георгиева недавно разработан приём, позволяющий достаточно легко «нокаутировать» in vivo гены, содержащие инсерции копий Р-элемента при помощи химерного белка P-Ph. Нельзя не предположить возможность модификации подобного приёма в применении к человеку [295]. Тиопроизводные антисмысловых (по отношению к выключаемым генам) олигонуклеотидов проявляют в 100 раз больший ингибирующий эффект, чем их немодифицированные аналоги [296], что при условии проверки тимодифицированных олигонуклеотидов на безвредность могло бы гарантировать больший эффект выключения активности интересующего нас участка генетического аппарата в многоклеточном организме.
Адресное подавление транскрипции можно также осуществить адресным метилированием геномной ДНК. Успешно развиты подходы к введению ДНК, метилированной in vitro, в определённые хромосомные локусы: в двух сайтах, где поддерживалась стабильная экспрессия неметилирован-ной энхансер-репортёрной конструкции, введение идентичной, но метилированной in vitro конструкции приводило к специфическим изменениям в конформации и активности трансгена, включая утрату гиперчувствительности кДНК-азе 1 сайта в промоторе и блокирование инициации транскрипции. При этом метилирование промотора и гена устойчиво и приводит к подавлению транскрипции и не вызывало метилирование фланкирующих последовательностей [297].
Помимо тотального органо-неспецифического выключения части гистоновых генов антисмысловыми отрезками нуклеиновых кислот репрессия генов гистонов может быть осуществлена белками или гликопротеинами, обладающими ДНК-связывающей активностью и специфически распознающими последовательности стартов транскрипции генов гистонов [298].
Теоретически возможен и иной путь увеличения продолжительности жизни за видовой предел: суммарное увеличение с возрастом белков-гистонов в дезоксирибонуклепротеиновом (ДНП) комплексе сопровождается увеличением прочности связи белков с ДНК. Можно предположить, что повсеместное и неспецифическое ослабление этой связи в ДНП-комплексе может активировать генетический аппарат, что предположительно даст омолаживающий эффект. Связь белков с ДНК можно ослабить в среде с высокой диэлектрической проницаемостью. Самая высокая диэлектрическая проницаемость у воды, равная 81. Если будет найдена или получена вода с диэлектрической проницаемостью свыше 81, то, возможно, это и будет та живая вода, которая в народных сказках воскрешает и омолаживает героя. Легенды повествуют об источниках живой воды когда-то существовавших в Эфиопии. Вода там была столь легкой, что в ней тонули кусочки пробки.
По-видимому, всё же единственным эффективным способом омолаживающего пролонгирования жизни может стать только непосредственная инактивация самих генов гистонов.
Как уже говорилось, опыты - Gurdon, Wilmut с соавторами - по трансплантации ядер дифференцированных клеток в энуклеированные яйцеклетки прямо показывают, что онтогенетическая репрессия генома - процесс обратимый. Репрессия генома - процесс динамичный и в зависимости от соотношения количества белков репрессоров (гистоновые белки) и де-репрессоров (некоторые негистоновые белки) может сдвигаться в ту или иную сторону.
Поскольку же биоорганизмы представляют собой самоорганизующиеся системы, то достаточно дерепрессировать, достаточно тотально восстановить активность генетического материала в клетках до уровня молодого возраста, чтобы ставший легкодоступным для биосинтеза геном позволил клеткам самогомеостазироваться в системе многоклеточного организма, поддерживая свое устойчивое состояние до тех пор, пока генетический аппарат в клетках остается достаточно активным.
Теоретически можно предложить ряд других методов, повышающих белоксинтезирующую активность клеток стареющего организма.
Не следует опасаться, что будут активированы «не те гены», - организм как сложная самогомеостазирующая система сам позаботится о том что, где и сколько следует синтезировать для своих нужд, лишь бы активация генома была неспецифической и повсеместной.
См. также:
Глава 1. Системный подход в биологии (основы теоретической биологии)
Глава 2. Системный подход к вопросам онто- и геронтогенеза
Дополнение
Заключение
Литература
Обсудить на форуме
