Митохондриальное омоложение что это
Митохондриальная теория старения
Суть теории
В 1972 году американский ученый и врач Денхам Харман предложил митохондриальную теорию старения (MTA), которая считается продолжением или “расширенной версией” гипотезы свободных радикалов. Согласно этой теории, старение происходит из-за кумулятивного воздействия свободных радикалов на митохондриальную ДНК и ее функцию.
Первоначально теорию не слишком поддержало научное сообщество. Она получила признание лишь с открытием супероксиддисмутазы (SOD, фермента, разлагающего супероксидный радикал) и перекиси водорода, продуцируемой митохондриями.
Позже в подкрепление теории митохондриального старения появились исследования, демонстрирующие, что введение антиоксидантов, которые противостоят свободным радикалам, и повышение их экспрессии в организме увеличивает продолжительность жизни некоторых беспозвоночных.
Митохондрии и старение
Для лучшего понимания митохондриальной теории старения необходимо отчетливо представлять, что такое митохондрии.
В результате также образуется супероксидный радикал. И хотя сам по себе он не слишком повреждает клетки, внутри них он может быстро превращаться в несколько видов очень реактивных свободных радикалов.
Точно так же мутации и хромосомные перестройки митохондриального генома увеличиваются с возрастом. Один анализ скелетных мышц 90-летнего мужчины показал, что только 5% его митохондриальной ДНК сохранила свой первоначальный размер, в то время как ДНК пятилетнего мальчика была почти неповрежденной.
Исследования между различными видами показали, что у более долгоживущих особей обычно более низкое окислительное повреждение митохондриальной ДНК и более низкая продукция свободных радикалов. Сравнение восьми различных видов млекопитающих продемонстрировало, что уровни митохондриальных окислительных повреждений ДНК были обратно пропорциональны средней продолжительности жизни.
ДНК митохондрий в 17 раз больше, чем ДНК ядра клетки, подвержена патологическим процессам при воздействии на нее различных вредных факторов. По моим наблюдениям, все люди, увлекающиеся длительное время потреблением продуктов питания с трансжирами, выглядят старше своих сверстников. Я заметила, что у таких людей, старше выглядящих, по анализам, разными способами, четко определяется митохондриопатия.
Дело в том, что мембрана митохондрий при потреблении трансжиров становится жесткой, что приводит к снижению ее нормального функционирования.
врач-рефлексотерапевт, физиотерапевт, врач по лечебной физкультуре и спортивной медицине, косметолог, врач антивозрастной медицины
Другие причины старения
Недавние исследования начали объединять митохондриальную теорию с другими гипотезами старения. Например, укороченные теломеры тоже связаны с возрастными изменениями в организме, повышенным окислительным повреждением и многими заболеваниями, которые проявляются со временем.
Укороченные теломеры индуцируют белок р53, который, в свою очередь, подавляет два генных продукта (гены PGC-1a и –b), экспрессия которых необходима для митохондриальной функции и выживания. Это приводит к нарушению в работе митохондрий, повышенному производству свободных радикалов и возникновению возрастных заболеваний.
Удаление p53 или усиление экспрессии теломеразы или PGC-1a существенно восстанавливает митохондриальную функцию и снижает тяжесть возрастных заболеваний. Таким образом, уже установлена молекулярная связь между укорочением теломер и функцией митохондрий.
Несмотря на то, что митохондриальная теория считается довольно сильной, в ней пока немало пробелов. Дело в том, что все еще недостаточно изучены многие аспекты функции митохондрий, связанные со старением. Кроме того, хотя увеличение количества делеций митохондриальной ДНК коррелирует со старением, оно может быть его результатом, а не причиной.
И наконец, многие эксперименты, которые позволили бы протестировать различные нюансы в работе митохондрий, технически очень сложны. Поэтому хотя многое об их роли в старении уже известно, ученым еще предстоит долгий путь из исследований и экспериментов.
Краткие выводы
В 20 веке американский ученый Денхам Харман выдвинул митохондриальную теорию старения.
Дальнейшие исследования подтвердили ее состоятельность.
Суть теории в том, что свободные радикалы негативно влияют на митохондриальную ДНК и ее функцию, тем самым, ускоряя процессы старения.
В последнее время ученые пытаются объединить митохондриальную теорию с другими гипотезами старения.
Так, установлена связь между укорочением теломер и снижением работоспособности митохондрий.
Современные технологии пока не позволяют провести эксперименты, наглядно показывающие все нюансы в работе митохондрий и их влияние на процессы старения.
Получайте знания, основанные на доказательной медицине из первых уст ведущих мировых специалистов. В рамках Модульной Школы Anti-Age Expert каждый месяц проходят очные двухдневные семинары, где раскрываются тонкости anti-age медицины для врачей более 25 специальностей
Список использованной литературы
Gruber, Jan, Sebastian Schaffer, and Barry Halliwell. «The mitochondrial free radical theory of ageing — where do we stand?» Frontiers in bioscience: a journal and virtual library 13 (2007): 6554–6579.
Jang, Youngmok C., and Holly Van Remmen. «The mitochondrial theory of aging: insight from transgenic and knockout mouse models.» Experimental gerontology 44.4 (2009): 256–260.
Rasmussen, Ulla F., et al. «Experimental evidence against the mitochondrial theory of aging A study of isolated human skeletal muscle mitochondria.» Experimental gerontology 38.8 (2003): 877–886.
Gadaleta, Maria Nicola, et al. «Aging and mitochondria.» Biochimie 80.10 (1998): 863–870.
Jacobs, Howard T. «The mitochondrial theory of aging: dead or alive?» Aging cell 2.1 (2003): 11–17.
Mandavilli, Bhaskar S., Janine H. Santos, and Bennett Van Houten. «Mitochondrial DNA repair and aging.» Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis 509.1 (2002): 127–151.
Митохондрии в старении, часть 2
Josh Mitteldorf, Mitochondria in Aging, II: Remedies
Перевод: Евгения Рябцева
Часть I – здесь.
Ссылки см. в оригинале статьи
Разработанная поколение назад свободнорадикальная митохондриальная теория старения оказалась слишком поверхностной. Старение не является результатом диффузных повреждений – наоборот, диффузные повреждения являются результатом снижения защитных сил организма в преклонном возрасте. Несмотря на это, митохондриям принадлежит определенная роль в процессе старения, преимущественно обусловленная работой сигнальных механизмов и апоптозом. Воздействующие на митохондрии антиоксиданты могут быть исключением из правила, согласно которому антиоксиданты не увеличивают продолжительность жизни. Другие пищевые добавки и стратегии, способствующие продукции новых митохондрий или повышающие эффективность их работы, демонстрируют возможность умеренного увеличения продолжительности жизни.
Выращивание новых митохондрий
Соблюдение кетогенной диеты приводит к появлению новых митохондрий, также как и низкокалорийная диета и физические упражнения. Физическая нагрузка на фоне углеводного голодания (низкий уровень гликогена) является наиболее мощным стимулятором синтеза митохондрий.
К стимулирующим пролиферацию митохондрий гормонам относятся тироксин, эстрогены и глюкокортикоиды. Появление новых митохондрий обычно сопровождается подавлением апоптоза – запрограммированной клеточной гибели. На поздних этапах жизни апоптоз еще функциональных клеток является более серьезной проблемой, чем неспособность злокачественных клеток самоуничтожаться посредством апоптоза. Другими словами, подавление апоптоза в конечном счете полезно с точки зрения замедления старения, однако обратной стороной медали является возможное повышение риска развития рака.
Убихинон = коэнзим Q10
Коэнзим Q10, или убихинон, является важным компонентом митохондриальной химии, переносящим электроны по их пути к молекулам АТФ, являющимися основным энергетическим продуктом митохондрий. Это соединение часто называют антиоксидантом, однако это не является основной ролью коэнзима Q10.
Он имеет стабильно хорошую репутацию в качестве пищевой добавки. Существует множество доказательств его положительного влияния на маркеры состояния здоровья, в особенности физическую выносливость, ряд аспектов состояния здоровья сердца, а также эректильную функцию. Коэнзим Q10 очень показан при фибромиалгии, а также людям, принимающим статины. Также он достаточно перспективен при синдроме хронической усталости.
Однако нет никаких причин ожидать, что это соединение способно увеличивать продолжительность жизни. Употребление убихинона увеличивает продолжительность жизни червей, но не оказывает подобного влияния на мышей и крыс.
В то же время, черви, в организме которых вообще не синтезируется убихинон, живут в 10 раз дольше обычных особей.
Несколько лет назад убихинол (коэнзим Q восстановленный) был представлен как более биодоступная форма убихинона. Этот препарат более дорогой, однако нет никаких четких доказательств его повышенной биодоступности.
Пирролохинолинхинон является полезным, но не критичным компонентом митохондриальной химии. Бактерии синтезируют большое количество этого соединения, растения – меньше, а млекопитающие – ничтожно мало. Для мышей, полностью лишенных пирролохинолинхинона, характерно нарушение роста, однако необходимое им количество во много раз меньше его содержания в пищевых добавках.
Пирролохинолинхинон является фактором роста для бактерий, а основное заявление о его пользе для здоровья заключается в его способности стимулировать рост новых митохондрий. Это заключение основано на результатах биохимических экспериментов и экспериментов на культурах клеток. В работах на мышах было показано, что недостаток пирролохинолинхинона приводит к митохондриальной недостаточности. Однако полученные результаты не свидетельствуют о том, что в больших дозах это соединение обеспечивает увеличение количества митохондрий.
К положительным эффектам пирролохинолинхинона также относят улучшение качества сна и рост новых нервов, что способствует улучшению познавательной функции.
Небольшое количество пирролохинолинхинона может поступать в организм из продуктов растительного происхождения, но не из продуктов животноводства. Гораздо большие дозы могут поступать в форме пищевых добавок. 100 г соевого сыра тофу содержит всего 2 мкг пирролохинолинхинона. Доза пищевой добавки обычно эквивалентна 5-20 мг, что в сотни раз превышает возможное поступление соединения в организм при соблюдении вегетарианской диеты.
Эти две близкородственные молекулы впервые были синтезированы в России в 1970-х гг., однако только в 1990-х гг. их терапевтическая ценность была продемонстрирована новозеландскими исследователями. Один из концов этой молекулы известен как коэнзим Q10 (CoQ10) – растительная версия соединения, считающаяся даже еще более эффективной в качестве антиоксиданта. Другой конец молекулы представляет собой «электрический буксир», затягивающий молекулу внутрь митохондрий.
Российские исследователи утверждают, что с помощью SkQ им удалось умеренно увеличить продолжительность жизни мышей, а также что это соединение оказывает выраженный омолаживающий эффект на стареющие глаза. Поэтому в России оно продается в форме капель для глаз, в то время как в Новой Зеландии SkQ продают в составе кремов и в таблетированной форме.
В начале этого года русские исследователи объявили, что SkQ значительно увеличивает продолжительность жизни мышей линии, малая продолжительность жизни которых обусловлена митохондриальным дефектом. Однако эти данные не были воспроизведены ни одной западной лабораторией.
Гуманин и его родственники
Митохондрии имеют собственную кольцевую ДНК, кодирующую всего 37 генов. (Это не означает, что митохондриям достаточно всего 37 белков. Подавляющее количество необходимых им белков закодировано в хромосомах ядра клетки и транспортируется в митохондрии при необходимости.) Всего 16 лет назад первый идентифицированный белок митохондриальной ДНК получил название гуманин, так как была показана его способность улучшать познавательную функцию у пациентов с деменцией, частично восстанавливая их «человеческую сущность». Помимо нейропротективных свойств гуманин обладает способностью повышать чувствительность тканей к инсулину. Активность молекулы гуманина не ограничена митохондрией, в которой она была синтезирована, так как этот белок циркулирует в кровотоке в качестве сигнальной молекулы. Концентрация гуманина в крови снижается по мере старения.
В экспериментах на мышах была продемонстрирована способность гуманина защищать животных от заболеваний. Системы для оценки влияния гуманина на продолжительность жизни на сегодняшний день не существуют.
Цитата из доклада доктора медицины Пинхаса Коэна (Pinchas Cohen) на Европейской конференции по биогеронтологии:
«На сегодняшний день продемонстрировано, что гуманин и его аналоги влияют на развитие множества заболеваний, в том числе сахарный диабет 2 типа, сердечно-сосудистые заболевания, потерю памяти, боковой амиотрофический склероз, инсульт и воспаление. Общими механизмами для многих из этих возрастных болезней являются окислительный стресс и митохондриальная дисфункция. Митохондрии являются основным источником активных форм кислорода, избыток которых может вызывать окислительные повреждения клеточных липидов, белков и ДНК. Накопление окислительных повреждений приводит к угасанию митохондриальной функции, что, в свою очередь, ведет к усилению продукции активных форм кислорода. Этот порочный круг может приводить к повреждениям клеток, запуску апоптоза и механизма физиологического старения клетки, что способствует развитию возрастных болезней. И действительно, окислительный стресс тесно связан с множеством заболеваний человека, таких как болезнь Паркинсона, атеросклероз, сердечная недостаточность, инфаркт миокарда, хроническое воспаление, заболевания почек, инсульт, различные типы рака и множество разновидностей метаболических расстройств. Также несколькими исследовательскими группами было показано, что гуманину принадлежит критическая роль в подавление окислительного стресса.
Митохондрии являются органеллами, продуцирующими необходимую клеткам энергию, имеющими собственную ДНК, отличную от ядерной ДНК. Количество ДНК в митохондриях намного меньше, чем количество ДНК в ядре. Таким образом, митохондриальная ДНК кодирует немного белков, одним из которых является гуманин. Этот белок был обнаружен при поиске факторов, способствующих поддержанию жизнеспособности нейронов в непораженных болезнью регионах головного мозга пациентов с болезнью Альцгеймера. Гуманин предотвращает гибель нейронов при болезни Альцгеймера, а также защищает их от воздействия токсичных химических соединений и прионов. Также было установлено, что гуманин защищает клетки внутренней оболочки кровеносных сосудов, предотвращая развитие атеросклероза. В частности, показано, что низкие дозы гуманина в кровотоке ассоциированы с дисфункцией эндотелия коронарных артерий. Помимо этого продемонстрирована способность гуманина повышать чувствительность тканей к инсулину. Так как концентрация гуманина в крови снижается с возрастом, принято считать, что это способствует развитию возрастных болезней, в том числе болезни Альцгеймера и сахарного диабета 2 типа».
Если бы гуманин был подлежащим патентованию препаратом, в отношении него наблюдался бы большой ажиотаж и проводились многочисленные клинические исследования по поводу лечения болезни Альцгеймера, возможно с последующим переходом к изучению его общих «антиэйджинговых» эффектов.
Это соединение является еще одним коротким пептидом митохондриального происхождения, идентифицированным и охарактеризованным совсем недавно. Полученные исследователями результаты весьма впечатляющи. Введение MOTS-c мышам обеспечивало рост мышечной массы, уменьшение количество жировой ткани, а также увеличение физической силы и выносливости. MOTS-c обеспечивает сохранность чувствительности тканей к инсулину при содержании животных на рационе с высоким содержанием жиров. Исследования его влияния на продолжительность жизни на сегодняшний день еще не проводились.
Подобно гуманину, MOTS-c закодирован в митохондриальной ДНК и синтезируется внутри митохондрий, однако он экспортируется из клетки и перемещается по кровотоку в качестве сигнальной молекулы. Содержание MOTS-c в крови снижается с возрастом. Этот белок представляет собой миниатюрную молекулу из 16 аминокислот. Однако небольшой размер не позволяет ей избежать переваривания, что делает соединение непригодным для перорального применения.
Специалисты считают, что MOTS-c имеет большой потенциал в качестве мишени для лечения метаболических синдромов за регулирования физиологии мышечной и жировой ткани, а также, возможно, в качестве средства для увеличения продолжительности жизни.
Глутатион является антиоксидантом, не имеющим недостатков. Эксперименты показали, что генетические модификации, повышающие продукцию глутатиона, увеличивают продолжительность жизни круглых червей, мух-дрозофил и мышей.
На протяжении длительного периода было принято считать, что глутатион бесполезно принимать в качестве пищевой добавки, так как он расщепляется в процессе пищеварения. Однако ряд исследователей не согласны с этим на основании, того, что им удалось зарегистрировать значительное повышение уровней глутатиона в тканях и крови людей после добавления в рацион немодифицированного глутатиона в дозе 1 г в день. Липосомальный глутатион является формой для перорального применения, позволяющей обойти проблему пищеварения, в особенности при приеме совместно с донорами метильных групп, такими как s-аденозилметионин (SAMe).
Употребление растительного препарата силимарина (Silibinin), комплекса флавоноидов расторопши пятнистой может повышать уровень глутатиона. На сегодняшний день наиболее эффективной добавкой, стимулирующей синтез глутатиона, является его предшественник N-ацетилцистеин. При проведении единственного исследования, результаты которого имеются в доступе, добавление глутатиона в корм значительно увеличивало продолжительность жизни самцов мышей, но не оказывало влияния на продолжительность жизни самок. Также продемонстрирована способность N-ацетилцистеина увеличивать продолжительность жизни круглых червей и мух-дрозофил.
В будущем мы может надеяться на лучшее. Фактически менее 20% содержащегося в клетке глутатиона проникает внутрь митохондрий, где он более всего необходим. Существуют молекулы, представляющие собой эфиры глутатиона, которые в теории должны притягиваться митохондриями. Однако они тестировались только на клеточных культурах и пока совершенно непригодны для экспериментов на животных.
Никотинамидрибозид и другие стимуляторы НАД+
Химические соединения НАД+ и НАДН являются альтернативными циклическими формами промежуточного продукта процесса митохондриального синтеза энергии. Уровни НАД+/НАДН снижаются с возрастом. Никотинамидрибозид является предшественником НАД+. Предварительные результаты исследований с участием человека показали, что применение никотинамидрибозида обеспечивает повышение содержания НАД+ в крови.
Через некоторое время мы сможет достоверно узнать, обеспечивает ли это улучшение состояния здоровья или увеличение продолжительности жизни. Содержащие это соединение пищевые добавки активно продвигаются известными исследователями, а многие потребители делают ранние заявления о положительных краткосрочных эффектах. В одном исследовании на мышах было продемонстрировано увеличение продолжительности жизни на 3%, однако о достоверности этих результатов говорить еще рано.
Мелатонин
Основная роль мелатонина заключается в регуляции циклов сна/бодрствования. Уровень мелатонина снижается с возрастом, что сопровождается размытием и смещением периодов повышения его концентрации. Это приводит к ухудшению качества сна.
В экспериментах на мышах мелатонин продемонстрировал умеренно положительное влияние на долголетие, однако в целом результаты исследований неоднозначны. В 12 из 20 работ было зарегистрировано увеличение продолжительности жизни, а в остальных 8 – отсутствие влияния или уменьшение продолжительности жизни. Возможное влияние мелатонина на смертность человека при применении для улучшения качества сна не оценивалось.
Концентрация мелатонина в митохондриях в 100 выше, чем в организме в целом. Он также может синтезироваться в митохондриях, независимо от циркулирующего в кровотоке мелатонина, секретируемого эпифизом в темное время суток. Одна из его функций заключается в выполнении роли митохондриального антиоксиданта и нейтрализации активных форм кислорода.
Двадцать лет назад Уолтер Пирпаоли (Walter Pierpaoli) пропагандировал мелатонин как средство для улучшения сна, обладающий противоопухолевым действием гормон, способный улучшать настроение и половую жизнь, одновременно продлевая молодость. Российские исследователи также были настроены весьма оптимистично. По сути, мелатонин является легальным антивозрастным гормоном, в особенности полезным для людей с возрастными нарушениями сна. Он широко доступен, недорог и безопасен. За исключением случаев синдрома смены часового пояса, достаточно перед сном принять 1-2 мг мелатонина.
Также достойны упоминания
Магний необходим для синтеза глатутина. Селен оказывает свое действие параллельно с глутатионом. Омега-3 жирные кислоты могут стимулировать синтез глутатиона. Ацетил-L-карнитин переносит жировые молекулы через митохондриальную мембрану для последующей расщепления с выделением энергии. Альфа-липоевая кислота является компонентом митохондриального метаболизма энергии.
Коммерчески заинтересованные лица могут сделать так, что одни сообщения выглядят более убедительно, чем другие. При этом доносимые для людей медицинские новости одинаково подвержены влиянию двух факторов: доходности и пользы. Физические нагрузки исключительно важны, но не имеют коммерческой стоимости. Из упомянутых в статье пищевых добавок N-ацетилцистеин является соединением, польза которого для состояния митохондрий подтверждена наиболее убедительно. Помимо этого он обладает потенциальным положительным влиянием на продолжительность жизни. Препарат N-ацетилцистеина дешев и доступен. Липосомальный N-ацетилцистеин однозначно значительно дороже но, возможно, более эффективен. Мелатонин даже еще дешевле, при этом многочисленные исследования на грызунах продемонстрировали его способность увеличивать продолжительность жизни, а также оказывать широкий спектр положительных эффектов, помимо модифицирования митохондриальной функции. Гуманин и MOTS-c еще далеки от коммерциализации и при этом выглядят весьма многообещающе с точки зрения пользы для здоровья, но не с точки зрения прибыльности.
Читать статьи по темам:
Читать также:
Митохондриальная свободнорадикальная теория старения – на каком этапе мы находимся?
На сегодняшний день одна из наиболее популярных теорий старения – это версия свободнорадикальной теории, согласно которой митохондрии являются одновременно и источником, и мишенью активных форм кислорода. Мы представляем критический обзор состояния ключевых принципов и концепций, на которых основана эта теория.
Литература к статье «Митохондриальная свободно-радикальная теория старения – на каком этапе мы находимся?»
Ученые исправили дефект, лежащий в основе преждевременного старения
Используя ингибитор HTRA3 – «виновника» редкого наследственного заболевания или нейтрализующего свободные радикалы антиоксиданта, исследователям удалось подавить активность фермента HTRA3 в клетках пациентов с синдромом Коккейна до нормального уровня.
Продолжительность жизни предскажут митохондриальные маячки
Новая методика позволяет прогнозировать продолжительность жизни нематод по количеству вспышек белка, флуоресцирующего при взаимодействии со свободными радикалами в митохондриях.
Продление жизни: отключите белки трансляционного контроля митохондрий
Подавление синтеза белков трансляционного контроля митохондрий, необходимых для нормального биосинтеза в этих органеллах, приводило к продлению жизни клеток.
Низкокалорийная диета: сиртуины против старения в целом и глухоты в частности
Хотя сиртуины уже достаточно давно и широко изучаются, и многие ученые признают их роль в старении, новое исследование – первое, позволяющее окончательно связать их с замедлением процесса старения у млекопитающих.
Электронное СМИ зарегистрировано 12.03.2009
Свидетельство о регистрации Эл № ФС 77-35618