Астроцитарная гипотеза старения млекопитающих
Гипотеза, предполагающая, что старение млекопитающих является генетической болезнью со смертельным исходом, причина которой — приобретение в процессе эволюции тероморфной линии позвоночных трансформации клеток радиальной глии в звездчатые астроциты в постнатальный период развития, то есть исчезновения эмбриональных радиальных путей миграции нейронов из пролиферативных зон к местам их конечной локализации в мозгу взрослых особей. Предложена украинским биологом Алексеем Бойко в 2004 году
Астроцитарная гипотеза старения млекопитающих (сокр. астроцитарная гипотеза) — гипотеза, предполагающая, что старение млекопитающих является генетической болезнью со смертельным исходом, причина которой — приобретение в процессе эволюции тероморфной линии позвоночных трансформации клеток радиальной глии в звездчатые астроциты в постнатальный период развития, то есть исчезновения эмбриональных радиальных путей миграции нейронов из пролиферативных зон к местам их конечной локализации в мозгу взрослых особей. Предложена украинским биологом Алексеем Бойко в 2004 году[1], и в окончательном виде в 2007[2][3].Эта гипотеза появилась в период завершения верификации большей части гипотез старения (или называемых теорий старения), которые напрямую связывают определенные клеточные процессы со старением целостного организма. Их несостоятельность подтверждается фактом существования видов многоклеточных животных (Metazoa (лат.)) с пренебрежимым старением, которые не стареют, чему не препятствуют ни генерация реактивных форм кислорода, ни укорочение теломер, апоптоз и другие клеточные процессы, которыми обычно объясняют старение. Это неудивительно, ибо наборы клеточных механизмов у стареющих и нестареющих форм многоклеточных животных практически идентичны.
Отброшена общепринятая точка зрения, что гены моpтальности (старения и смерти) возникли с появлением многоклеточности и дифференциации функций между тканями, ибо появились данные о том, что обнаружены не только пренебрежимо старимые, а практически бессмертные виды многоклеточных животных. Хороший пример экземпляр антарктической губки Scolymastra joubini, возраст которой оценивают от 15 до 23 тыс. лет[4].
Поиск изначальных причин старения сместился из клеточного на организменный уровень организации. Исследователи стали сравнивать эволюционный дизайн (видоспецифичные особенности анатомии, морфологии, физиологии и т. д.) нестареющих, медленно стареющих и быстростареющих животных. Одним из результатов такого поиска и является астроцитарная гипотеза.
Содержание гипотезы
Астроцитарная гипотеза, исходит из общеизвестного факта, что у позвоночных животных (лат. Vertebrata) место генерации нейробластов во взрослом и эмбриональном фенотипе и место их конечной локализации разъединены. Если иметь ввиду взрослый фенотип, то нейробласты мигрируют из вентральной/субвентральной зон по клеткам радиальной глии (смотри: Миграция нейробластов по радиальным путям. ВИДЕОИЛЛЮСТРАЦИЯ), но если у всех позвоночных такая картина сохраняется пожизненно, то у млекопитающих клетки радиальной глии, вскоре после рождения трансформируется в астроциты и мозг превращается в предмет одноразового использования[2]. Другими словами, исчезновение клеток радиальной гли в постнатальный период запрещает физиологическую и репаративную регенерацию нервной ткани. Поэтому необновляемый в течении жизни так называемый "постмитотичный мозг", - явление уникальное и среди позвоночных характерно только для млекопитающих. Убедительные данные, и особенно Йонаса Фризена (англ.) и Элен Хебер-Кац (англ.), ещё раз продемонстрировали, что не обновляемой частью организма млекопитающих и человека является только нервная ткань (мозг). Точнее нейроны входящие в её состав[5].
Астроцитарная гипотеза всё сводит к тому, что их старение — это генетическая болезнь со смертельным исходом. Ее причиной является приобретение в процессе эволюции тероморфной линии позвоночных всего лишь одного признака (ароморфоз): — трансформации клеток радиальной глии в звездчатые астроциты в постнатальный период развития, то есть исчезновения эмбриональных радиальных путей миграции нейронов из пролиферативных зон к местам их конечной локализации в мозгу взрослых особей.
Исчезновение клеток радиальной глии, запрещает замену исчерпавших жизненный ресурс нейронов — жестко специализированных клеток с ограниченными репаративными возможностями и сроком службы, что в свою очередь индуцирует каскад системных процессов, которые суммарно можно назвать «внутренним возрастзависимым механизмом самоуничтожения млекопитающих». То есть по истечении определенного периода, в результате необратимых патологических изменений в нейронах (и особо в гормонсинтезирующих) начинает неуклонно и неблагоприятно изменяться уровень гомеостаза, что наносит ущерб системам жизнеобеспечения организма млекопитающих, и в конечном итоге прекращение жизнедеятельности их организма.
Главный аргумент астроцитарной гипотезы: - особи других филогенетических групп позвоночных: - рыб, хвостатых амфибий, черепах, и птиц пожизненно сохраняют разветвленную радиальную сеть и способны как к репаративной, так и к физиологической регенерации нервной ткани. Именно среди этих филогенетических ветвей позвоночных встречаются виды с пренебрежимым старением, что не наблюдается среди млекопитающих. Виды птиц имеют феноменальную максимальную продолжительность жизни по сравнению с видами млекопитающих того же размерного класса. Максимальная продолжительность жизни птиц в малом размерном классе (до 30 гр.) превышает таковую у млекопитающих того же размерного класса на порядок, и это на фоне того, что уровень обмена веществ у птиц также на порядок выше, чем у млекопитающих [1] [2] [5].
Квинтэссенция гипотезы — это нарушение принципа нестарения пренебрежимо стареющего организма — это постоянная смена отслуживших своё стареющих или больных клеток пула специализированных (рабочих) клеток, которые имеют ограниченные репаративные возможности и срок службы (способность к старению) на новые. Пул специализированных клеток организма пополняется за счет асимметричного митоза стволовых клеток, которые не имеют внутренней причины старения и могут делиться неограниченно. Если нарушение такого принципа запрограммировано в геноме того или иного вида многоклеточных животных для организма в целом или только для жизнеобеспечивающей части организма, то особь такого вида обречена на старение и возрастзависимую смерть.
Гипотеза в научно-популярной форме и в СМИ
В научно-популярной форме астроцитарная гипотеза А. Г. Бойко изложена Еленой Наймарк[6], а также Розой Барсовой[7] члена общественной организации «За увеличение продолжительности жизни»[8].
Появление астроцитарной гипотезы в «Журнале общей биологии»[2] сопровождалось рядом публикаций в масс-медиа и научной прессе. В статье Г.Тарасевича «Мы могли бы жить вечно. Только нервы мешают»[9] утверждается, что астроцитарная гипотеза А. Бойко — это фактически продвинутый вариант элевационной гипотезы старения Владимира Дильмана[10].
Из публикаций в научной прессе стоит обратить внимание на статью «Reason For Mammals' Aging Lies In The Brain»[11]. Статьи об астроцитарной гипотезе также появились в ряде энциклопедий[12].
Первые экспериментальные подтверждения
Судя по всему один из постулатов астроцитарной гипотезы доказан. [13] Предполагаемый гипотетический фактор долгожительства птиц — физиологическая регенерация (нейрогенез) во всем объеме нервной ткани, (в отличие от млекопитающих, где этот процесс происходит в строго ограниченных местах) действительно существует. Суммируя результаты исследований разных авторов примерно за последние 10 лет можно сделать вывод, что у птиц нейрогенез имеет место практически во всем объеме нервной ткани; восстанавливается не только пул нейрональных потерь, мозг птиц способен и к репаративной регенерации травматических повреждений.[14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] Этот феномен во многом обязан своим существованием тем, что как и предполагалось, сохранившаяся хорошо развитая эмбриональная радиальная сеть мозга взрослых птиц обеспечивает миграцию новогенерированных нейронов (нейробластов) из обычного для всех позвоночных места генерации нейробластов — вентральной/субвентральной зон мозга к месту репарации или конечной локализации. [26] Вместе с тем, репаративные возможности нервной ткани птиц с возрастом все же снижаются.
Критика
Доктор биологических наук А.А. Москалёв (Институт биологии научного Центра Уральского отделения РАН) приводит факты и доводы против астроцитарной гипотезы старения млекопитающих[27]. В частности:
 |
В связи с запрограммированостью старения следует вспомнить гипотезу Алексея Бойко. Он обосновывает относительно быстрое старение млекопитающих возникшим у них ароморфозом — развитием постмитотичного мозга при трансформации в онтогенезе клеток радиальной глии в звёздчатые астроциты после завершения процессов нейрогенеза. А.Г. Бойко рассматривает старение млекопитающих как генетическую болезнь, преодоление которой возможно путём восстановления радиальной глии. В качестве аргумента он указывает на сохранении радиальной глии и возможность обновления мозга у птиц, которые стареют медленнее, чем многие млекопитающие. Однако идея о ключевой роли данного ароморфоза в старении млекопитающих вступает в конфликт с фактом существования видов — долгожителей среди китообразных, рукокрылых, грызунов (голого слепыша) и не объясняет значительных различий в скорости старения рыб, сохраняющих радиальную глию[28]. |
 |
Доводы А. Москалёва можно интерпретировать двояко: с одной стороны они указывают на узкие места астроцитарной гипотезы, а с другой стороны они свидетельствуют о неполноте базы данных совремённой биологической науки.
В ответ на критику А. Г. Бойко предложил эволюционное учение о возникновении феномена старения объединив астроцитарную гипотезу с гипотезой старения А.В. Макрушина[5][29][30]. Такое объединение, по мнению А.Г. Бойко[5], отвергает критику Москалёва, который в свою очередь встретил появление нового учения жесткой критикой[31].
В целом, А. Москалёв всё же соглашается с А. Бойко, что старение в каждой эволюционной группе живых существ имеет собственные механизмы, обусловленные планом строения группы.
Несмотря на определенную обструкцию астроцитарной гипотезы, часть членов научного сообщества использует её постулаты для обьяснения малопонятных проявлений феномена старения. Например, статья заведующего лабораторией экологии и эволюции биосистем Института биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН В.В. Зюганова[32] и диссертация английского геронтолога Обри ди Грея[33] и других авторов. [34]
Необходимо отметить, что в биологии старения общепринятых гипотез нет. Принято, что научные школы поддерживают постулаты той или иной гипотезы старения. Суммарно гипотез старения около 300 [35].
Литература
- Alvarez-Buylla A., Kirn J.R. Birth, migration, incorporation, and death of vocal control neurons in adult songbirds // J. Neurobiol, 1997. V. 33. P. 585—601.
- Araki M. Regeneration of the amphibian retina: role of tissue interaction and related signaling molecules on RPE transdifferentiation // Dev Growth Differ. 2007. V. 49. P. 109—120.
- Cameron H.A., Woolley C.S., McEwen B.S., Gould E. Differentiation of newly born neurons and glia in the dentate gyrus of the adult rat // Neuroscience. 1993. V. 56. P. 337—344.
- Cao J., Wenberg K., Cheng M.F. Lesion induced new neuron incorporation in the adult hypothalamus of the avian brain // Brain Res. 2002. V. 943 P. 80-92.
- Chen G., Bonder E.M., Cheng M.F. Lesion-induced neurogenesis in the hypothalamus is involved in behavioral recovery in adult ring doves // J Neurobiol. 2006. 66. P. 537—551.
- Hitchcock P., Ochocinska M., Sieh A., Otteson D. Persistent and injury-induced neurogenesis in the vertebrate retina // Progress in retinal and eye research. 2004. V.23. P.183-194.
- Kalman M., Szekely A.D., Csillag A. Distribution of glial fibrillary acidic protein-immunopositive structures in the brain of the domestic chicken (Gallus domesticus) // J. Сотр. Neurol. 1993. V. 330. P. 221—237.
- Ling C., Zuo M., Alvarez-Buylla A., Cheng M. Neurogenesis in juvenile and adult ring doves// J Comp Neurol. 1997. V. 379. P. 300—312.
- Matsui J.I., Parker M.A., Ryals B.M., Cotanche D.A. Regeneration and replacement in the vertebrate inner ear // Drug Discovery Today. 2005. V. 10. Iss. P. 1307—1312.
- Park D.L., Girod, D.A. Durham D. Tonotopic changes in 2-deoxyglucose activity in chick cochlear nucleus during hair cell loss and regeneration // Hearing Research. 1999. V. 138. Iss. 1-2. P. 45-55.
- Park D.L., Girod, D.A. Durham D. Avian brainstem neurogenesis is stimulated during cochlear hair cell regeneration // Brain Research. 2002. V. 949. Iss. 1-2. P. 1-10.
- Smittkamp S.E., Park D.L., Girod, D.A. Durham D. Effects of age and cochlear damage on the metabolic activity of the avian cochlear nucleus // Hearing Research. 2003. V. 175. Iss. 1-2. P. 101—111.
- Zuo M.X. The studies on neurogenesis induced by brain injury in adult ring dove // Cell Res. 1998. V. 8. P. 151—158.
- Бойко А. Г. На пути к бессмертию. Этюды к четырем эволюционным эшелонам старения. М.: Белые альвы, 2007. 384 с.
Примечания
↑ 1 2 Boyko O.G. (2004). "Do mammals die young!? An age-dependent mechanism of mammals self-destruction". Ukr. Bioorg. Acta 1-2: 3-12.
↑ 1 2 3 4 Бойко А.Г. (2007). "Дифференцировка клеток радиальной глии в астроциты - вероятный механизм старения млекопитающих". Журнал общей биологии 68. № 1.: 35–51.
↑ Boyko O.G. (2007). "Differentiation of radial glia cells into astrocytes is a possible ageing mechanism in mammals". Журнал общей биологии 10 (suppl. 1): S 51.
↑ Gatti S. (2002). "The role of sponges in high-Antarctic carbon and silicon cycling: a modelling approach". Ber. Polarforsch. Meeresforsch. 434: 1-125.
↑ 1 2 3 4 Бойко А.Г. (2007). "На пути к бессмертию. Этюды к четырем эволюционным эшелонам старения.". М.: Белые альвы: 384 с..
↑ Елена Наймарк. Старение организма начинается с мозга // Элементы.
↑ Роза Барсова. Радиальная глия:строение, функционирование, путь развития.
↑ Михаил Батин. Организация «За увеличение продолжительности жизни»..
↑ Тарасевич Г. Мы могли бы жить вечно. Только нервы мешают. // Новое русское слово. Евразийская версия. № 10. 21 марта 2007.
↑ Элевационная теория старения.
↑ Reason For Mammals' Aging Lies In The Brain. ScienceDaily. May 23, 2007.
↑ Aging process linke to the brain // Softpedia
↑ Бойко А.Г. (2009). "Письмо в редакцию журнала «Успехи геронтологии»: Первые экспериментальные подтверждения астроцитарной гипотезы старения млекопитающих". Препринт на сайте автора.
↑ Alvarez-Buylla A., Kirn J.R. (1997). "Birth, migration, incorporation, and death of vocal control neurons in adult songbirds". J. Neurobiol 33: 585-601. doi: 10.1002/(SICI)1097-4695(19971105)33:5<585::AID-NEU7>3.0.CO;2-0.
↑ Araki M. (2007). "Regeneration of the amphibian retina: role of tissue interaction and related signaling molecules on RPE transdifferentiation". Dev Growth Differ. 49: 109-120. doi: 10.1111/j.1440-169X.2007.00911.x.
↑ Cameron H.A., Woolley C.S., McEwen B.S., Gould E. (1993). "Differentiation of newly born neurons and glia in the dentate gyrus of the adult rat". Neuroscience 56: 337—344 doi:10.1016/0306-4522(93)90335-D.
↑ Cao J., Wenberg K., Cheng M.F. (2002). "Lesion induced new neuron incorporation in the adult hypothalamus of the avian brain". Brain Res. 943: 80-92. doi:10.1016/S0006-8993(02)02537-4.
↑ Chen G., Bonder E.M., Cheng M.F. (2006). "Lesion-induced neurogenesis in the hypothalamus is involved in behavioral recovery in adult ring doves". J. Neurobiol. 66: 537—551 doi: 10.1002/neu.20247.
↑ Hitchcock P., Ochocinska M., Sieh A., Otteson D. (2004). "Persistent and injury-induced neurogenesis in the vertebrate retina". Progress in retinal and eye research 23: 183-194 doi:10.1016/j.preteyeres.2004.01.001.
↑ Ling C., Zuo M., Alvarez-Buylla A., Cheng M. (1997). "Neurogenesis in juvenile and adult ring doves". J Comp Neurol. 379: 300-312. doi: 10.1002/(SICI)1096-9861(19970310)379:2<300::AID-CNE10>3.0.CO;2-T.
↑ Matsui J.I., Parker M.A., Ryals B.M., Cotanche D.A. (2005). "Regeneration and replacement in the vertebrate inner ear". Drug Discovery Today 10: P. 1307-1312 doi:10.1016/S1359-6446(05)03577-4.
↑ Park D.L., Girod, D.A. Durham D. (1999). "Tonotopic changes in 2-deoxyglucose activity in chick cochlear nucleus during hair cell loss and regeneration". Hearing Research. 138. Iss. 1-2: 45-55 doi:10.1016/S0378-5955(99)00138-0.
↑ Park D.L., Girod, D.A. Durham D. (2002). "Avian brainstem neurogenesis is stimulated during cochlear hair cell regeneration". Brain Research. 949. Iss. 1-2.: 1-10. doi:10.1016/S0006-8993(02)02539-8.
↑ Smittkamp S.E., Park D.L., Girod, D.A. Durham D. (2003). "Effects of age and cochlear damage on the metabolic activity of the avian cochlear nucleus". Hearing Research. 175 Iss. 1-2.: 101-111. doi:10.1016/S0378-5955(02)00714-1.
↑ Zuo M.X. (1998). "The studies on neurogenesis induced by brain injury in adult ring dove". Cell Res. 8: 151-158. PMID: 9669030 (PubMed - indexed for MEDLINE).
↑ Kalman M., Szekely A.D., Csillag A. (1993). "Distribution of glial fibrillary acidic protein-immunopositive structures in the brain of the domestic chicken (Gallus domesticus)". J. Сотр. Neurol. 330.
↑ Москалев А.А. Старение и гены. С-Пб: Наука, 2008. С. 21-22.
↑ Москалев А.А. Новое в эволюционных представлениях о природе старения // Сайт благотворительного фонда поддержки научных исследований «Наука за продление жизни». 2009.
↑ Макрушин А.В. Эволюционные предшественники онкогенеза и старческой инволюции // Успехи геронтол. 2004. Вып. 13. С. 32—43.
↑ Макрушин А.В. Как и почему возникли механизмы старения и онкогенеза: гипотеза // Журнал общей биологии. 2008. Т. 69. № 1. С. 19—24.
↑ Москалев А.А. Новое в эволюционных представлениях о природе старения // Сайт благотворительного фонда поддержки научных исследований «Наука за продление жизни». 2009.
↑ Зюганов В.В. Нестареющие животные. Почему они живут долго, но не вечно? // Агентство научно-технической информации. Научно-техническая библиотека. 2007.
↑ de Grey A.D.N.J. Dissertations: A Survey of Selected Recent Theses Relevant to Combating Aging // Rejuvenation Research. 2007. V.10. P. 339—344.
↑ Khalyavkin A.V., Yashin A.I. (2007). "Nonpathological Senescence Arises from Unsuitable External Influences". Ann N Y Acad Sci: Vol. 1119. № 1. pp. 306-309 doi: 10.1196/annals.1404.022.
↑ Большая Советская Энциклопедия. Страница сайта. URL: http://bse.sci-lib.com/article105842.html