Šta je starenje?Univerzalni biološki proces koji se završava smrću i prirodna je etapa u životnom ciklusu svake jedinke.Smatra se da je to genetički programirano otkazivanje homeostaznih mehanizama, gde homeostazu posmatramo kao deo fenotipa, što znači da je ona produkt realizacije nasledne informacije u određenim uslovima sredine.Organizam reaguje na izmene uslova sredine na potpuno određen način u sklopu genetički određene norme reakcije.Što je šira nasledna norma reakcije, to je veća mogućnost organizma da održi homeostazu.Nasuprot tome, snižena norma povećava osetljivost organizma na faktore spoljašnje sredine (infekcija, stres ...)Za održavanje homeostaze ljudskog organizma veliki značaj imaju odnosi u genotipu, odnosno interakcije i koordinacija gena koji kontrolišu pojedine etape složenih ontogenetskih procesa.Genotip obezbeđuje stabilnost životnih procesa a odlikuje ga nekoliko karakteristika organizacije koje obezbeđuju njegovu funkciju:

- matrični tip replikacije DNK- procesi transkripcije i translacije molekula DNK- mogućnost reparacije DNK- diploidnost broja gena

Postavlja se pitanje da li se u toku starenja javljaju određene promene u inače stabilnom genetičkom materijalu.Istraživanjem je uočeno da ćelije čoveka imaju ograničenu sposobnost deobe i da se taj potencijal iscrpljuje nakon 50-60 deoba u kulturi ćelija i d anakon toga one izumiru. Kontrolu procesa starenja ćelije vrši jedro i to je dokazano eksperimentom u kome su mešana jedra mladih ćelija i citoplast starih i obrnuto. Samo se heteroploidne, transformisane (razlikuju se od normalnih po broju i strukturi hromozoma i hemijskim svojstvima ćelije) ćelije umnožavaju neograničeno u kulturi.

1

Većina ovih transformisanih ćelija unetih u eksperimentalni organizam zamire tu, što dovodi do paradoksalnog zaključka: da bi životinjske ćelije stekle sposobnost za neograničenu deobu treba da poprime neka ili sva svojstva ćelija raka.Sa izuzetkom nervnih i mišićnih ćelija organizam se stalno obnavlja, ćelije se zamenjuju ali to ne čini organizam mlađim. Još jedna od teorija starenja je da se proces starenja povezuje sa nakupljanjem grešaka u DNK u somatskim ćelijama, koje su označene kao somatske mutacije. Ova teorija je postavljena na osnovu eksperimenta sa jonizujućim zračenejm, gde se jonizujuće zračenje pokazalo kao snažan mutagen koji može značajno skratiti dužinu života eksperimentalnog organizma. Ispitivanjem dužine života fibroblasta čoveka in vitro došlo se do pretpostavke da su ciljna mesta mutacija pojedini geni i da u genotipu postoji 10 na treći – 10 na četvrti nezavisnih gena goji su neophodni za održavanje života ćelije.Najveći deo ovih gena se nalazi na autozomimai to 95% a 5% na X hromozomima.Pretpostavlja se da su mutacije koje se nakupljaju u genotipu recesivne po svojoj prirodi. Nakupljanje mutacija u toku života ćelije u kulturi prouzrokovale bi izumiranje kulture. A povećanjem broja mutacija u ćeliji dolazi do njihove integracije što progresivno oštećuje fenotip. Starenje može biti pruzrokovano dominantnim ili kodominantnim mutacijama, što zavisi i od provocirajućih homeostaznih mehanizama ćelija. Ekspresivnost mutacija se tokom života povećava i sumira. Procesi starenja se ispoljavaju gubitkom vode iz ćelija što je praćeno zadržavanjem toksičnih materija, smanjuju se metabolički procesi i postepeno slabe biološke funkcije pojedinih organa i sistema a naročito hormonske aktivnosti. Krvni sudovi se sužavaju usled sklerotičnih promena u

2

međupršljenskim hrskavicama se talože soli kalcijuma što smanjuje pokretljivost kičme. Na kraju se tokom starenja povećava incidencija karcinoma najčešće pluća, dojke i kolona.

Ssitem popravki DNK u toku starenja

Sve više preovlađuje mišljenej da ćelisjki repair sistemi gube spsobnost u toku starenja bilo da su u pitanu genske ili hromozomske mutacije ili već spomenute unakrsne veze između makromolekula hromatina i zato se ove greške akumuliraju u toku ontogneze. Prvi put se ovakva ideja o poremećenim uticajima repari sistema DNK javila 1966, a kasnije je model razrađen u tom smislu da se smatralo da se popravka može vršiti samo u aktivnim delovima DNK koji sadrže informacije za sintezu polipeptidnih lanaca i gena za regulaciju njihove aktivnosti i zato su ovi segmenti dostupni enzimima i enzimskoj popravci. Veliki deo čovekovog genoma je u transkripciji neaktivan i može nakuplajti povrede, jer je izložen upravo dejstvu enzimskih popravki samo u momentu replikacije. Pa tako ako u nekim ćelijama postoji dug vremenski period između replikacije i deoba ćelija, tada se nakupljaju oštećenja DNK koja ostaju do sledeće replikacije što dovodi do akumulacije grešaka u DNK i sledstveno poremećaja replikacije. To opet uslovljava poremećaj deobe ćelija i produžetak ćelijskog ciklusa, a takođe i pojavu hromozomskih aberacija. Da se aktivnost enzimskih popravki DNK smanjuje u procesu starenja , pokazano je i na ćelijama u kulturi. Sa starošću ćelija (diploidnih) smanjuje se sposobnost isecanja tiaminskih dimera posle izlaganja kulture UV zracima. Mnogi eksperimenti ukazuju na to da je genetska nestabilnost, kao posledic aporemećaja popravke grešaka DNK, uzrok starenja organizma.

3

Čak i neke nasledne bolesti su posledica poremećaja funkcije repair sistema kao što je na primer pigmentna kserodermija. Kod ovih bolesnika se zapaža prevremeno starenje, tako da njihovi fibroblasti kraće žive u kulturi nego normalni. Kod njih je smanejna brzina reparacije DNK u poređenju sa normalnim ljudima, nakon ozračivanja UV zracima. Neefikasnost i nedostatak enzimske reparacije dovodi do promene aktivnosti enzimske replikacije , što na kraju dovodi do ograničavanja ćelijskih deoba i obnavljanja tkiva. Ovi akumulirani, nepopravljeni poremećaji u naslednoj informaciji imaju za posledicu pojavu niza degenerativnih oboljenja, povećanu učestalost malignih oboljneja, autoimunih bolesti i smanjenje funkcije imunog sistema.

Aberacije hromozoma u procesu starenja

Ranije je naglašeno da se kod starijih žena posle 35. godine broj aneuploidija u germinativnim ćelijama naglo povećava. Sva dosadašnja ispitivanja kariotipa somatskih ćelija čoveka u toku starenja su pokazala da se proporcija aneuploidija povećava sa starošću i da je za razliku od germinativnih ćelija, učestalost hipoploidija – monozomija veća od hiperploidija (trizomija). Ispitivanjem je utvrđeno da se anuploidija češće javlja kod žena nego kod uškaraca, i da njima nedostaje X hromozom , koja se češće javlaj nakon 60. Suština je da se aneuploidija X hromozoma objašnjava poremećajem centromere, koja dovodi do preranog razdvajanja hromatide, što može dovesti do gubitka X hromozoma u jednim ili povećati broj X hromozoma u drugim ćelijama. Češće se gubi kasno replikovani (inaktivni) X hromozom, zbog toga što ne završi u potpunosti sintezu DNK i

4

kondenzaciju u vreme koje je karakteristično za normalnu mitozu. Vršenejm analiza kariotipa osoba različite starosti, utvrđeno je da se učešće pojednih parova autosoma u aneuploidiajma ne razlikuje u različitim uzrasnim grupama, ali se u učestalost anuploidija povećava sa starošću. Oni hromosomi koji su bili izmešteni nađeni su uvek u aneuploidnom stanju.S tim da u mlađih žena češće dolazi do eliminacije u au starijih do segregacije hromozoma, pa se izrazito povećava učestalost hipo i hiperploidnih autosoma (60.god). Strukturne aberacije hromozoma se takođe nalaze u somatskim ćelijama starijih sooba, jer se povećava stopa prekida na hromozomima, i to npr jednog lanca DNK u hromatidama. Ove strukturne aberacije su najverovatnije psoledica dejstva mutagena kojima je čovek izložen u toku života. Pored aneuploidija u strukturi lezija hromozoma u somatskim ćelijama starih osoba se povećava učestalost poliploidija. Poliploidizacija povećava stabilnost ćelija pod dejstvom mutagena i predstavlja kompenzatornne reakcije ćelija na poremećaj genetske konstitucije. Akumulacija promena hromozoma je očigledna u procesu starenja, ali se postavlja pitanje da li su promene hromozoma uzrok ili posledica procesa starenja? U svakom slučaju nastaju promene u hromatinu kao što su somatske genske i hromozomske mutacije, prekida lanaca DNK i dr. Koji su verovatno posledica poremećaja popravki oštećene DNK u hromozomima. Kapacitet sistemskih popravki lezija DNK je u korelaciji sa dužinom života.

U današnje vreme se sve više obraća pažnja na jedan vid specifičnih povreda, a to su unakrsne veze između.1. makromolekula DNK 2. DNK i proteina 3. ili između samih molekula proteina u sastavu hromatina

5

Ove unakrsne veze se sa starošću nakupljaju i sprečavaju normalnu funkciju makromolekula. One mogu biti uzrok somatskih mutacija i dovesti do poremećaja replikacije DNK.

Epimutacije

Poznato je da je mutacija DNK vrlo značajan proces za njenu funkciju. Postoji tkivna specifičnost metilacije DNK i ona se izražava različitim količinama minor baza 5-metil-citozina u DNK.Svaki tip ćelija u jednom organizmu sintetiše specifični RNK, što govori da se u različite ćelije u tkivima prepisuju različiti delovi DNK. Metilacija ima važnu ulogu u regulaciji ekspresije gena, jer održava pojedine delove genoma u neaktivnom stanju u određenoj ćeliji. Postavlja se pitanje, da li se u toku starenja odigravaju neke promene u transkripcionoj aktivnosti DNK. Gajenjem fibroblasta čoveka utvrđeno je da je stopa modifikacione metilacije DNK u obrnutoj korelaciji sa dužinom života vrste. Moguće je da epimutacije kao nasledne promene, koje se baziraju na modifikaciji metilacije DNK, mogu imati značaja kao dodatni deo promena genoma koje se odigravaju u procesu starenja. Fenotipski efekti epimutacija izražavali bi se kroz poremećaj genske regulacije.

6