Возрастные изменения генетического аппарата клеток

В возрастных изменениях метаболизма организмов высших животных решающее значение имеют изменения функциональной полноценности процессов анаболизма.

Сужение анаболических возможностей и нарастание с возрастом изменений и искажений в программе синтеза нуклеиновых кислот и белков принимаются как важнейшие моменты многими современными теориями молекулярных основ онтогенеза.

В основе этих изменений постулируются происходящие с возрастом как запрограммированные, так и стохастические изменения макромолекулярного состава и тончайшей структуры синтезирующего нуклеиновые кислоты и белки аппарата клетки — то, что образно может быть названо «печатью возраста» на геноме клетки.

Многие закономерности возрастных изменений генетического аппарата клеток еще не выяснены. Однако имеется довольно много экспериментальных работ, которые свидетельствуют о том, что при старении изменяется структура почти всех изученных компонентов генетического аппарата клеток.

«Печать возраста» на молекулярной структуре дезоксирибонуклеиновой кислоты
Первоначальное предположение о нарушении (пессимизации) при старении макромолекулярной структуры ДНК и ее комплексов исходило из присущей значительной части старых клеток пикнотизации хроматина и существенного падения в старости процессов синтеза нуклеиновых кислот и белков в организмах (Никитин, 1941, 1954).

Позднее было установлено, что суммарный состав преобладающей группы азотистых оснований в ДНК и РНК тканей печени и слизистой оболочки кишечника белых крыс и уток практически не меняется с возрастом (Никитин, Шерешевская, 1961; Сквирская, Бабий, 1961; Махинько, Блок, 1961; Бердышев и др., 1967; Хилобок, 1967).

Эти данные не исключают, однако, того, что в последовательности азотистых оснований в отдельных, функционально весьма важных, локусах ДНК могут происходить, и в дальнейшем они действительно были найдены, возрастные изменения.

Еще сложнее оценить данные по суммарной РНК: в нее входят такие ее различные виды, как мРНК, рРНК, тРНК и др. Полученные Бердышевым и сотр. (1967) данные о составе ДНК в различных тканях горбуши на разных этапах нереста послужили первым экспериментальным доказательством того, что «печать возраста» лежит собственно на ДНК.

По мере старения горбуши в ДНК всех тканей (мышцы, печень, почки, селезенка) происходит резкое уменьшение содержания метилцитозина. Обнаруженные у горбуши возрастные изменения по содержанию метилцитозина в ДНК, по-видимому, представляют собой частный случай довольно общего биологического феномена.

Аналогичные изменения в ДНК происходят и при старении различных видов млекопитающих и рыб (Никитин, Куртасов, 1972; Ванюшин и др., 1973; Ванюшин, Бердышев, 1977; Зиньковская и др., 1978). Так, у крыс установлена тканевая специфичность ДНК по содержанию 5-метилцитозина (Ванюшин и др., 1973). Особенно ярко эти тканевые различия выражены у молодых животных (1-месячных).

У взрослых (12-месячных) они вновь четко выявляются. Старение у крыс сопровождается заметными изменениями содержания метилцитозина в ДНК. В отличие от нерестующей горбуши, у которой резко уменьшается количество 5-метилцитозина в ДНК всех тканей, у стареющих крыс содержание 5-метилцитозина в ДНК мозга, селезенки и сердца уменьшается, а в ДНК печени и легких вовсе не изменяется.

Данные о составе ДНК, выделенной из одной и той же ткани крыс с помощью методов Мармура с проназной обработкой и по Шмидту и Таннгаузеру, одинаковы. Поэтому найденные тканевые различия и возрастные изменения могут быть отнесены к суммарной ДНК соответствующих органов и не могут объясняться неполной или необычной экстракцией ДНК из тканей крыс разного возраста.

Поскольку функциональное назначение остатков 5-метилцитозина в разных нуклеотидных последовательностях ДНК, по-видимому, различно, особое значение приобретает вопрос о том, в каких именно участках генома или фракциях ДНК происходит это возрастное изменение содержания 5-метилцитозина.

Несмотря на то что еще нет конкретных экспериментальных данных о характере этих изменений в геноме крыс, есть все основания думать, что они вовсе не хаотичны. Поскольку в ДНК печени и других органов крыс при старении не происходит изменений содержания ГЦ-пар оснований, количества пиримидиновых последовательностей и кинетики реассоциации, найденные возрастные тканеспецифические изменения количества 5-метилцитозина в ДНК на самом деле отражают разный уровень метилирования ДНК у животных различного возраста.

medbe.ru