Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Lze zpomalit stárnutí?

Počet pinealocytů je geneticky daný a s přibývajícím věkem klesá
 |  5. 3. 1997
 |  Vesmír 76, 135, 1997/3

Není přesně známo, proč organizmus stárne a umírá. Mezi nejčastěji zastávané teorie o příčinách stárnutí patří představa o existenci vnitřních fyziologických hodin kontrolujících průběh jednotlivých životních etap a teorie o narůstajícím poškozování struktur organizmu v průběhu života, např. reaktivními kyslíkatými radikály a jinými látkami. Při stárnutí se zřejmě uplatňují nejen genetické faktory, ale významným způsobem zasahuje i vliv zevního prostředí. V poslední době se v tisku objevily některé nové skutečnosti týkající se problematiky výzkumu stárnutí.

Pracovnímu týmu McGillovy Univerzity v Montrealu se nedávno podařilo identifikovat další geny, mající vztah ke genetickým hodinám organizmu (1). V pátrání uspěli v genomu drobného červa Caenorhabditis elegans (třída: Nematoda). První tři geny, zodpovědné za vnitřní rytmicitu organizmu, dostaly označení clk-1, clk-2 a clk-3 (z angl. clock, hodiny). Přesná funkce ani mechanizmus účinku těchto genů nejsou dosud známé. Předpokládá se však, že regulují jako pacemaker další geny zodpovědné za průběh metabolických reakcí. Mutace kteréhokoli z genů clk výrazně prodlužuje délku života svému nositeli (až o 50 %). Při mutaci dvou genů se střední délka života C. elegans prodloužila až čtyřnásobně. Předpokládá se, že mutací těchto řídících genů, dojde v organizmu mutanta ke zpomalení všech životních procesů, včetně metabolických, což vede pravděpodobně k nižšímu hromadění vedlejších reaktivních produktů metabolizmu, poškozujících organizmus, a tímto ke zpomalení postupného stárnutí. Takto by podobná mutace mohla ovlivnit tempo metabolizmu a tím i průběh stárnutí ve všech buňkách organizmu, včetně postmitotických (nedělících se) nervových a svalových buněk. Poněvadž tato mutace prodlužující život vykazuje efekt po celou dobu existence organizmu, prodlužuje všechny etapy vývoje, tj. prodlužuje jak embryonální, tak postembryonální vývoj organizmu a stejně tak i období dospělosti.

Dosud se neví, zda odpovídající geny existují i u vyšších organizmů. Bylo však prokázáno, že za stárnutí lidských buněk v tkáňové kultuře jsou zodpovědné geny umístěné na chromozomu 1. Po vnesení tohoto chromozomu do nesmrtelných křeččích buněk začaly původně nesmrtelné buňky stárnout, zatímco vnesení jiného chromozomu podobný vliv nemělo (2). Dalším genetickým faktorem zodpovědným za stárnutí buněk by mohla být regulace exprese genu pro enzym telomerázu (Vesmír 75, 5, 1996/1 a Vesmír 75, 155, 1996/3).

V nedávné době byl vůbec poprvé identifikován gen, spojený s projevy stárnutí u člověka (3). Pokud se v genomu jedince sejdou mutace v obou kopiích genu WRN, tj. u homozygotů, projeví se porucha rozvojem předčasného stárnutí, které nastane již po dvacátém roku života. Soubor charakteristických klinických příznaků, souhrnně označovaný jako Wernerův syndrom, zahrnuje šednutí vlasů, jejich řídnutí a atrofii kůže, které podmiňují celkově starší vzhled nemocného, a řadu onemocnění doprovázejících stáří, např. šedý oční zákal, nádorová onemocnění, arteriosklerózu, osteoporózu (řídnutí kostí) a četná další.

Gen WRN lokalizovaný na krátkém raménku 8. chromozomu kóduje protein o délce 1432 aminokyselin, který pravděpodobně patří do skupiny tzv. helikáz. Tyto enzymy rozplétají dvoušroubovici DNA a tím umožňují replikaci jaderné DNA, její opravy a rekombinaci, stejně jako transkripci. Při defektu genu WRN dojde zřejmě k narušení těchto procesů a potenciálně k poškození genetického materiálu a dalším mutacím, které vedou k projevům připomínajícím zrychlené stárnutí buněk (např. omezená schopnost proliferace in vitro, zkrácení délky telomér chromozomů), ale i k tvorbě maligních novotvarů, pravděpodobně v důsledku somatických mutací onkogenů a regulačních genů potlačujících růst nádorů (tzv. tumor suppressor genes).

V souvislosti se stárnutím je často zmiňována i šišinka (epifýza), která funguje jako vnitřní hodiny organizmu, odrážející cirkadiánní rytmus (den/noc – viz např. H. Illnerová, Vesmír 75, 266, 1996/5). Tento biologický rytmus je určován cyklem světlo/tma v průběhu dne díky informaci přicházející ze zrakové dráhy. Stejně rytmicky pak kolísá i produkce serotoninu a melatoninu v šišince; serotonin, který je produkován převážně ve dne, vykazuje účinek podporující stárnutí, zatímco melatonin, produkovaný nejvíce v noci, vykazuje celkově regenerativní efekt. Melatoninu, který svým působením ovlivňuje neuroendokrinní a imunitní systém, je připisována imunomodulační úloha, schopnost potlačovat vývoj srdeční ischemie, Alzheimerovy nemoci, inhibovat tvorbu nádorů a dalších degenerativních onemocnění, tj. účinky zpomalující stárnutí (4). Za produkci melatoninu v šišince jsou zodpovědné nervové buňky, pinealocyty. Jejich počet je geneticky daný a s přibývajícím věkem klesá, což vede ke stále nižší produkci melatoninu. A právě snižující se hladina endogenního melatoninu je často dávána do souvislosti s projevy stárnutí. Tuto domněnku podporuje i zjištění, že melatonin podávaný starým myším opakovaně ve večerních hodinách prodloužil délku jejich života zhruba o 20 %. Podobný účinek měla i transplantace šišinky mladých zvířat starým jedincům (5); výsledky této studie se však v jiných laboratořích nepodařilo reprodukovat. Ve stejné práci byl současně sledován i účinek dlouhodobého podávání melatoninu na mladší zvířata a překvapivě tu bylo zjištěno, že u mladších myší melatonin podporoval vznik zhoubných nádorů reproduktivního traktu (!). U této pokusné skupiny zvířat tedy melatonin naopak způsobil zkrácení celkové délky života. Účinek farmakologicky dlouhodobě podávaného melatoninu na lidský organizmus nebyl dosud dostatečně klinicky testován. „Omlazující“ melatonin nabízený a prodávaný některými ziskuchtivými zahraničními firmami (viz např. článek „Černý trh s melatoninem?“ v časopise Vesmír 75, 170, 1996/3) by tedy naopak mohl chronického uživatele připravit právě o nejlepší léta života.

Literatura

1. Lakowski, B. and Hekimi, S.: Determination of life-span in Caenorhabditis elegans by four clock genes. Science 272, 1010–1013, 1996
2. Sugawara, O. et al.: Induction of cellular senescence in immortalized cells by human chromosome 1. Science 247, 707–710, 1990
3. Yu, C-E et al. Positional cloning of the Werner’s gene. Science 272, 258–262, 1996
4. Grad, B. R. and Rozencwaig, R.: The role of melatonin and serotonin in aging: Update. Psychoneuroendocrinology 18, 283–295, 1993
5. Pierpaoli, W. et al.: The pineal control of aging: The effects of melatonin and pineal grafting on the survival of older mice. Ann. N. Y. Acad. Sci. 621, 291–313, 1991
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Biologie

O autorovi

Jaroslav Mokrý

Doc. MUDr. Jaroslav Mokrý, Ph.D., (1964) přednosta Ústavu histologie a embryologie, Univerzity Karlovy v Praze, Lékařské fakulty v Hradci Králové se zabývá studiem kmenových buněk a neurobiologií.

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné