Зачем мы стареем. Наука о долголетии: как продлить молодость - [47]

Вот как в общих чертах работает этот механизм. ДНК представляет собой сверхтонкую ленту генетического материала знаменитой спиралевидной формы – эту «двойную спираль» обнаружили Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик в 1963 году на основании фотографий Розалинд Франклин. В каждой из миллиардов клеток нашего организма, кроме особо устроенных красных кровяных телец, содержится примерно по 1,8 метра ленты ДНК. Чтобы дать понятие, насколько тонка эта пленка, приведем пример: один фанат подсчитал, что ДНК всех клеток одного человека, если развернуть ее, дотянулась бы до Луны и вернулась на Землю больше 3000 раз.

Чтобы ее упаковать, лента ДНК клетки наматывается на ряд белков, гистонов, как нитки на катушки. Эти мотки ДНК вокруг гистонов зовутся нуклеосомами. Они подвешены рядом, словно бусины, и свернуты в структуру под названием хроматин; он плотно сжат, чтобы умещаться в ядре клетки. Эпигенетические метки-переключатели прикрепляются непосредственно к ДНК между бусинами нуклеосом или к катушкам-гистонам и обладают способностью расслаблять сжатую ДНК так, что отдельные гены могут быть прочитаны и активированы, или, наоборот, усиливать сжатие, из-за чего гены делаются недоступными для системы генетического копирования и остаются молчащими.

Из эпигенетических механизмов лучше всего изучен процесс метилирования ДНК. В ходе него химические метки, метиловые группы, прикрепляются к ДНК и подавляют действие тех или иных генов. Эти метиловые метки могут устраняться особыми ферментами, и при развитии организма из зародыша во взрослую особь метилирование ДНК идет полным ходом, метки постоянно добавляются и убираются для организации генов по пути нормального роста и дифференциации клеток.

У взрослых людей метилом (то есть установившийся порядок метилирования ДНК в клетках) гораздо более стабилен. Однако ученые открывают все новые неочевидные способы, которыми на наш эпигеном может влиять среда, а конкретнее – наша еда, физическая нагрузка, уровень загрязнения, курение, употребление алкоголя и наркотиков. Уже давно известно, что старение также влияет на эпигеном. Помимо прочего, стареющий организм постепенно утрачивает метиловые метки и обзаводится новыми, и некоторые из них явно связаны с определенными заболеваниями. Например, если новая метка появляется на ДНК рядом с важным геном-супрессором опухолей и глушит его, возрастает опасность развития рака.

Но, при всей видимой пластичности и чувствительности эпигенома к великому множеству сигналов снаружи и изнутри организма, имеются убедительные и любопытные свидетельства в пользу существования какого-то более глубокого неуклонного процесса, который отражается в устройстве наших эпигеномов. В 2013 году Стив Хорват, математик на кафедре генетики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, рассчитал модель так называемых эпигенетических часов, соотносящих биологический возраст широкого спектра клеток и тканей всего тела с нашим хронологическим возрастом точнее любого другого известного биомаркера.

Для этого потребовалось долгая и дотошная обработка данных и построение моделей на основе схем метилирования 8000 образцов тканей людей с известным хронологическим возрастом, взятых из 82 общедоступных банков ДНК. В нашей ДНК есть миллионы потенциальных точек метилирования, но Хорват выделил 353 точки, перемены в которых достаточно последовательно отражают возраст, причем эти точки – общие для 51 типа здоровых тканей и клеток. Он также обратил внимание на схемы метилирования 20 видов раковых опухолей, чтобы понять, как рак может влиять на скорость старения клеток и тканей, то есть на скорость «тиканья» эпигенетических часов.

Хорват добился впечатляющих результатов: его биологические часы оказались способны предсказывать хронологический возраст человека со средней точностью плюс-минус 3,6 года. Но точность была даже больше для отдельных типов клеток: по слюне, например, можно узнать возраст в диапазоне 2,7 года, по некоторым белым кровяным тельцам – 1,9 года, по клеткам мозга – 1,5 года. Как и ожидалось, эпигенетические часы показывали почти ноль у эмбриональных стволовых клеток. Зато у раковых клеток разница между биологическим и хронологическим возрастом была огромной – раковые клетки оказались в среднем на 36 лет старше людей, у которых их взяли. Однако между 20 видами опухолей, проверенных Хорватом, наблюдалась значительная разница. Наименьшее расхождение (или наибольшее соответствие) между биологией и хронологией показывали опухоли, связанные с мутациями ключевых генов – таких, как ген супрессора опухолей p53. Это любопытное наблюдение послужило дополнительным доводом в пользу теории Хорвата о движущих механизмах эпигенетических часов.

В статье 2013 года, опубликованной в журнале Genome Biology, Хорват описывает, как часы быстро тикают в период бурного превращения зародыша во взрослую особь, а потом, по достижении зрелости, их ход замедляется, выравнивается. По его мнению, это отражает затраты энергии на поддержание эпигенома в стабильном состоянии, когда точное управление отвечающими за развитие генами весьма важно, а клеточные системы испытывают наибольший стресс. Стоит организму повзрослеть, необходимость показывать класс на прежнем уровне отпадает, и тело урезает затраты на поддержание эпигенетической формы (слышите эхо теории одноразовой сомы Тома Кирквуда?).