1.4.1. Снижение интенсивности митохондриального дыхания при старении

, ослабляя эффективность главной, антикислородной ступени в антиоксидантной системе клетки, негативно отражается на функционировании последующих антирадикальной и антиперекисной линий защиты (см.

«Срыв» системы ферментативной защиты от свободнорадикального окисления липидов объясняет увеличение интенсивности ПОЛ печени у старых крыс-самцов линии Wistar (Никитченко, Лемешко, 1988). Исследование же активности SOD в головном мозге 11 видов животных с различной продолжительностью жизни выявило положительную корреляцию этой активности с максимальной продолжительностью жизни (Ono, Okada, 1984). Эти и другие подобные им факты позволяют думать, что здесь существует более общая закономерность, а именно: запрограммированность продолжительности жизни вида в значительной степени определяется эволюционно сложившимся соотношением между уровнем и надёжностью антиоксидантной системы клетки, с одной стороны, и заданной интенсивностью окислительного метаболизма, с другой (см. п. 1.9.1). В разные периоды жизни это соотношение изменяется.

Вообще, данных об изменении белков в тканях в ходе индивидуального роста и развития организма имеется большое количество. Качественные изменения их при старении подробно изложены были ещё в обзоре Ротштейна (Rothstein, 1975), однако механизмы этих изменений тогда считались изучен-ными недостаточно. По некоторым неантиоксидантным ферментам картина в последние годы всё же проясняется. В частности, причины снижения актив-ности аденилатциклазы и его последствия при старении уже были рассмотрены нами в п.1.3. Активация же гуанилатциклазы с возрастом, наоборот, повыша-ется, и этот факт тоже связан с происходящими при старении пероксигеназ-ными процессами. Гуанилатциклаза, как известно, активируется оксидантами различной природы, в том числе радикалами О, ОН˙ и перекисями липидов (Садовникова, 1989; Федоров и др., 1990). О2-зависимая активация этого фермента в гипероксических условиях должна приводить и к увеличению содержания сGMP. Повышение активности гуанилатциклазы при гипероксии и старении чётко показано, например, в следующем эксперименте. У 1 – 24-месячных крыс в лёгком измеряли активность гуанилатциклазы. Измерение проводили и у 3-месячных крыс после их 7-дневного выдерживания в атмосфере с 95 % О2. Обнаружили, что в норме активность гуанилатциклазы увеличивается с трёх до 24-месячного возраста, а гипероксия индуцирует 5-кратное повышение активности фермента (Maria et al., 1989).

В связи с указанными материалами некоторые исследователи обращают внимание на зависимость между активностью гуанилатциклазы и продолжи-тельностью жизни животных.

Возрастающие гипероксия и пероксидация в клетках стареющего орга-низма, вызывая возрастные изменения, одновременно повышают активность гуанилатциклазы, т.е. изменение последней происходит параллельно, независимо от процессов старения. Зависимость их от общего причинного фактора, с одной стороны, и одновременное, хотя и самостоятельное, их изменение, с другой, создает ложное впечатление того, что усиление активности гуанилатциклазы причастно к снижению продолжительности жизни. По-видимому, при каком-то повышенном уровне дисбаланса Δ (ПО – АО) определяющие старение процессы превалируют над митогенным действием сGMP, однако в позднем онтогенезе в связи с некоторым снижением в клетках величины Δ (ПО – АО) это «ограничение» снимается и участие сGMP в пролиферации может возоб-новляться вновь, проявляясь в феномене обновления тканей и омоложения организма (см. п.1.6).

Небезынтересны также исследования, согласно которым при старении крыс в их почечной ткани возрастают связанные между собой активность ядерного фактора NF-kB, содержание мРНК циклооксигеназы-2 (COX-2) и самой COX-2 и определяемое COX-активностью накопление АФК. Ограничение же рациона животных снижает все эти негативные проявления (Chung H.-Y. et al., 1999). Пока неизвестно, происходит ли усиление пероксигеназных процессов при участии COX-2 и в других тканях стареющего организма.

Нарушение функциональных свойств ферментов и других белков при ста-рении, несомненно, связано с изменением структуры их молекул в процессе функционирования, т.е. на посттрансляционном этапе, хотя в принципе такие изменения возможны и в процессе их синтеза. Наиболее реальны возрастные нарушения структуры и функции белков в результате их окислительной модификации (Дубинина, Шугалей, 1993). Например, при старении крыс, а также при повышении времени выдерживания их в атмосфере 100 %-ного О2 в гепатоцитах накапливаются окисленные белки, в частности окисленные глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа и глутаминсинтетаза, активность которых отличается от таковой в норме (Starke-Reed, Oliver, 1988). У старых крыс линии Fischer 344 степень окислительной модификации белков мозга и печени существенно выше, чем у молодых. По мере старения этих животных в большинстве тканей снижалась также активность антиоксидантных ферментов (Tian et al., 1998). Данные обзора современных работ, касающихся окисления белков при старении организма и при различных заболеваниях (Stedman, Berlett, 1998), показывают, что АФК, генерируемые обычными метаболическими процессами или состоянием окислительного стресса, способны окислять белки непосредственно или с помощью модифицированных окислением липидов и углеводов, которые взаимодействуют с функциональными группами белков.

Больше всего получено фактов по окислению белковых SH-групп при ста-рении, что, очевидно, связано с высокой чувствительностью к окислительной модификации аминокислотных остатков, содержащих серу. Если обратимые окисление и восстановление, в частности, цистеина и метионина являются в норме частью механизма клеточной регуляции, то при избыточном дисбалансе ∆ (ПО – АО) в стареющих клетках работа этой части сигнальных систем может становиться дефектной. Например, окисление метионина до метионинсульфоксида в сигнальных белках (в ионных каналах и др.) влияет на их функцию, а метионинсульфоксидредуктаза, восстанавливая метионинсульфоксид до метио-нина участвует в репарации модификаций белков, связанных со старением и дегенеративными заболеваниями (Hoshi, Heinemann, 2001).

Как маркёр старения клеток часто рассматривают также накопление в них белковых карбонилов (БК). Так, во фракциях белков из ядер, цитоплазмы и митохондрий, извлечённых из клеток печени и селезёнки старых (27 мес.) крыс, содержание БК значительно превосходило таковые показатели у молодых (4 мес.) животных (Плешакова и др., 1997). Образование БК в процессе старения крыс происходило во многих органах и тканях, но наиболее значительным оно было в почках и сывороточном альбумине (Goto et al., 1999). Локализация БК при старении и различных патологических состояниях совпадала с локализа-цией продуктов липопероксидации как, например, в стенке артерий больных сахарным диабетом. А инкубация белков in vitro с арахидоновой кислотой акти-вировала образование БК, MDA и 4-гидроксиноненаля, т.е. данная кислота – потенциальный стимулятор окислительной модификации белков (Miyata et al., 1998). Кстати, усовершенствованная методика определения в белках карбонильных остатков после окислительного стресса позволяет измерять пикомолярные их концентрации и вполне пригодна для изучения повреждений в белках, происходящих при старении организма и в других случаях (Handelman et al., 1997). Связанные с возрастом рост чувствительности к протеолизу и повы-шение антигенности белков, определяются не только накоплением карбониль-ных групп в них, но и другими возрастными специфическими модификациями (Газиев и др., 1998).

Вероятным механизмом посттрансляционной модификации белков при старении может быть и неферментативное гликозилирование (гликирование) –химическая реакция, в которой глюкоза связывается со структурными и энзи-матическими белками даже в здоровом организме (Knatowski, 2000).

Наконец, интересной представляется точка зрения, согласно которой увели-чение концентрации повреждённых белков в процессе старения происходит из-за замедления скорости их обновления. А оно, в свою очердь, связано с уменьшением концентрации рибосом, так как последние сами состоят из белков, повреждаемых при старении (Рязанов, 2001). Здесь, однако, уместным кажется следующее дополнение (см. также п. 2.3.7). Повышение уровни ПОЛ в стареющих клетках ведёт к разобщению рибосомомембранной связи, что вызы-вает дефицит мембранносвязанных полирибосом. В результате снижается коли-чество синтезируемых на них глутамат- и малатдегидрогеназ, цитохрома с, белков внешней мембраны митохондрий (Бердинских, 1983), а также специфи-ческих для дифференцированных клеток белков. Таким образом, если старение и продолжительность жизни отчасти и определяются содержанием рибосом, то, скорее всего, снижением количества тех из них, которые связаны с мембранами и синтезируют специальные белки.

Накопление окисленных белков при старении приводит, помимо указанных выше, и к ряду других патофизиологических сдвигов. К их числу относятся, предположительно, изменения в функционировании протеасомного механизма первичной днградации белков (Grune, 2000). Как известно, до 90 % всего клеточного белка (все короткоживующие, 70-90 % долгоживущих белков, в том числе ключевые регуляторные белки) подвергаются АТР-зависимой утилизации 20S протеасомами (Voges et al., 1999). Осуществляя такую деградацию, протео-литический путь играет в норме важную роль в регуляции основных клеточных процессов – деления, дифференцировки, апоптоза, репаорации ДНК и др. (Абрамова и др., 2002). При нарушении же механизма протеолиза низбежны, очевидно, различные заболевания, коррелирующие, по указанным представ-лениям, со старением.