Продление жизни: ресвератрол, спермидин и аутофагия (3)

Аутофагия опосредует увеличение продолжительности жизни, вызываемое спермидином
(окончание, начало статьи – здесь)

Тот факт, что для клеток практически здоровых стареющих людей характерно снижение содержания полиаминов [93], подтолкнул авторов к изучению потенциальной способности полиамина спермидина замедлять процесс старения. В начале исследования они выбрали в качестве объекта линию дрожжей, не имеющих фермента орнитиндекарбоксилазы SPE1, катализирующего первый этап биосинтеза полиамина. В экспериментах по изучению хронологического старения клетки дрожжей линии дельта-spe1 (Δspe1) продемонстрировали повышенную смертность (и, соответственно, более короткую продолжительность жизни), которая восстанавливалась до нормальных значений при добавлении в среду малых доз (0,1 мМ) спермидина или его предшественника путресцина [94]. Неожиданно для себя авторы обнаружили, что высокие концентрации спермидина увеличивали продолжительность жизни клеток дрожжей дикого типа с различающимися геномами. Таким образом, как хронологическое старение (являющееся моделью постмитотического старения), так и репликативное старение (являющееся моделью старения стволовых клеток) дрожжевых клеток значительно замедляется при добавлении спермидина в среду культивирования. Увеличение продолжительности жизни обработанных спермидином дрожжевых клеток может быть обусловлено снижением уровня ацетилирования ряда лизиновых остатков, располагающихся на N-терминальном конце молекулы гистона Н3 (а именно Lys9, Lys14 и Lys18) [94]. Нейтрализация sir2 (дрожжевой гомолог сиртуина 1) или любого другого белка семейства сиртуинов не оказывало влияния на способность спермидина увеличивать хронологическую продолжительность жизни дрожжей. Напротив, результаты эпистатических анализов показали, что замедляющий старение эффект спермидина воспроизводился при блокировании гистонацетилаз, что указывает на их участие в регуляции того же увеличивающего продолжительность жизни механизма, на который оказывает влияние спермидин [94]. Более того, в in vitro эксперименте спермидин эффективно подавлял общую гистонацетилазную активность в экстрактах очищенных ядер дрожжевых и человеческих клеток [94]. Эти данные указывают на тот факт, что механизм действия спермидина отличается от механизма действия ресвератрола. Таким образом, в то время как первый ингибирует гистонацетилазу(ы), последний стимулирует деацетилазную активность сиртуина 1. Однако формальные доказательства того, что (де)ацетилирование гистонов, а не других белков (как ядерных, так и цитоплазматических), лежит за способностью спермидина замедлять старение до сих пор отсутствуют.

Анализ состояния обработанных спермидином дрожжевых клеток с помощью микрочипов выявил транскрипционную активность нескольких ассоциированных с аутофагией генов, в том числе atg7, atg11 и atg15, при этом авторы также получили доказательство того, что спермидин действительно индуцирует аутофагию в клетках дрожжей. Аналогично, спермидин оказался высокоэффективным стимулятором аутофагических механизмов при его добавлении в среду культивирования или твердый корм C.elegans и D.melanogaster, соответственно. Концентрации спермидина, оказывающие про-аутофагическое влияние, также значительно увеличивали продолжительность жизни дрожжей, нематод и плодовых мух. Генетическое ингибирование важных генов ATG (то есть нокаутирование гена atg7 у дрожжей и мух-дрозофил или блокирование экспрессии bec-1 с помощью РНК-интерференции у нематод) отменяло увеличение продолжительности жизни, индуцируемое спермидином, что указывает на то, что данный полиамин может увеличивать продолжительность жизни посредством индукции аутофагии [94].

Открытые вопросы

Перечисленные выше результаты указывают на то, что ресвератрол и спермидин могут увеличивать продолжительность жизни модельных организмов посредством индукции аутофагии (рис. 2).

Рисунок 2. Гипотетический механизм действия ресвератрола и спермидина как индукторов аутофагии.
Ресвератрол функционирует как активатор деацетилазы сиртуина 1, а спермидин ингибирует одну или несколько гистонацетилаз. Таким образом, как ресвератрол, так и спермидин должны способствовать гипоацетилированию белков. Однако имеющие отношение к аутофагии субстраты, деацетилирование которых индуцируется ресвератролом и спермидином, не до конца охарактеризованы, при этом даже неизвестно, представлены ли они разными, частично совпадающими или одними и теми же белками. С более подробной информацией можно ознакомиться в тексте статьи.

Кроме того, результаты проведенной авторами работы поднимают, по крайней мере, три вопроса, поиску ответов на которые должны быть посвящены будущие исследования.

Вопрос первый:
увеличивают ли ресвератрол и спермидин продолжительность жизни посредством воздействия на один и тот же молекулярный механизм? Тогда как ресвератрол может увеличивать продолжительность жизни путем стимуляции деацетилазной активности сиртуина 1 (или его эквивалентов: SIR2 в клетках дрожжей и SIR-2.1 в клетках C.elegans), спермидин ингибирует общую гистонацетилазную активность дрожжевого экстракта и экстракта мышиной печени. Существуют однозначные доказательства того, что (де)ацетилирование гистонов является важным эпигенетическим регулятором продолжительности жизни [95, 96]. Однако фракция сиртуина 1 присутствует в цитоплазме, где она может непосредственно деацетилировать белки, выполняющие важные роли в процессе аутофагии (в том числе ATG5, ATG7 и ATG8/LC3) [90]. Этот факт указывает на то, что (по крайней мере, частично) про-аутофагические эффекты ресвератрола являются результатом событий, протекающих вне ядра и не имеющих отношения к транскрипции. Очень важно выяснить, могут ли полиамины (такие как спермидин) и активаторы сиртуина 1 (в том числе ресвератрол) оказывать кумулятивное или синергичное влияние на аутофагию и продолжительность жизни, либо эти агенты активируют один и тот же молекулярный механизм. Более того, точные механизмы, посредством которых спермидин и ресвератрол регулируют запускающий аутофагию механизм, нуждаются в дальнейшем изучении. Для прояснения этого вопроса необходимо проведение тщательных механистических и эпистатических анализов.

Вопрос второй:
все ли увеличивающие продолжительность жизни манипуляции индуцируют аутофагию? И является ли аутофагия необходимым условием для увеличения продолжительности жизни с помощью подобных вмешательств? Существующие на сегодняшний день данные четко указывают на то, что аутофагия необходимо для замедляющего старения действия рапамицина, ресвератрола и спермидина. Более того, было высказано предположение, что аутофагия является обязательным условием для увеличения продолжительности жизни C.elegans в условиях низкокалорийной диеты, однако оно еще не протестировано для всех протоколов ограничения поступления калорий в организм [73]. Пока еще неясно, необходима ли повышенная активность аутофагии для увеличения продолжительности жизни C.elegans, вызываемого отсутствием ГТФазы RHEB-1 [97], транскрипционной фракции гипоксия-индуцируемого фактора 1 (HIF-1) [98], и его отрицательного регулятора VHL-1 [99], убиквитин-лигазы WWP-1 [100], а также белков-шаперонов CCT4 и CCT6 [101]. Положительный ответ на этот вопрос мог бы лечь в основу новой системы понятий в области изучения механизмов долголетия.

Вопрос третий и наиболее важный:
можно ли экстраполировать обсуждаемые в данной статье данные, большая часть которых получена при работе с модельными организмами в лабораторных условиях (в которых, например, иммуносупрессивные побочные эффекты ресвератрола имеют гораздо меньшее значение), на человека в условиях реальной жизни? Несмотря на то, что рапамицин и полиамины могут увеличивать продолжительность жизни мышей [80, 102], ресвератрол оказывает аналогичное влияние только при условии содержания животных на высококалорийной диете [86]. Существуют неоспоримые доказательства того, что рапамицин и ресвератрол могут индуцировать аутофагию у мышей в условиях in vivo [23, 24, 103]. Однако на сегодняшний день неизвестно, действительно ли существует причинно-следственная связь между повышенной активностью аутофагии и здоровым старением млекопитающих, в особенности человека. Доказательство существования такой взаимосвязи произвело бы революцию во всей отрасли исследования механизмов старения.

Список использованной литературы приведен в отдельном файле.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru

30.12.2011