Генетика старіння і пов`язаних з віком патологічних станів - психіатрія пізнього віку

Генетичні моделі старіння і очікуваної тривалості життя

Головним доводом проведення генетичних досліджень процесів старіння є те, що потенційна максимальна тривалість життя дуже специфічна для особин різних біологічних видів. Це дає підставу вважати, що існують якісь базові відмінності в генетичній конституції організмів різних видів, які і визначають темп їх старіння. Хоча, як це вже зазначалося, взаємозв`язок між старінням і тривалістю життя необхідно ретельно і обґрунтовано визначити.
Були спроби встановити число генів, залучених в збільшення потенціалу максимальної тривалості життя за еволюцію Homo sapiens за показниками інтенсивності заміщення амінокислот в протеїнах. Отримані результати свідчать про те, що це число знаходиться в межах від 70 до 240 генів (Cutler, 1975- Sacher, 1975). Наступні дослідження еволюційних змін тривалості життя показали, що в цьому скоріше грають роль не точкові мутації, на яких в своїх оцінках грунтувалися Sacher і Cutler, а хромосомні перебудови у багатьох генних локусах. Склавши перелік генетичних варіантів, асоційованих з розвитком фенотипу старіння, підрахували, що приблизно 1000 генів беруть участь в регуляції ознак старіння і до 6900 генів хоча б побічно можуть бути залучені в загальний фенотип старіння (Martin, 1985, 1989). З цього випливає, що, якщо такі оцінки навіть приблизно вірні, потенційна генетична гетерогенність, що бере участь в детермінації тривалості життя, величезна.
Ще один доказ складної генетичної основи тривалості життя було отримано при порівняльному вивченні батьків та їхніх нащадків. Спочатку передбачалося, що існує тісний зв`язок між довгожительством батьків і їх дітей (Pearl & Pearl, 1934). Але при наступних лонгітудинальні дослідженнях 90-100-річних (Abbott et al., 1974) і жителів французького ізоляту в Канаді (Philippe, 1978) така кореляція виявилася дуже слабкою і легко зрозумілої більшою мірою соціальними умовами і середовищем, ніж спадковістю (Murphy, 1978). У тривалих спостереженнях за моно- і дизиготних близнюками виявлено більша схожість тривалості життя монозиготних пар у порівнянні з життям дизиготних (Jarvik et al, 1960). Однак ці дані, ймовірно, свідчать тільки про великий порівнянності термінів і причин смерті монозиготних близнюків. Тому можливо, що в таких дослідженнях вивчаються фактором є не власне тривалість життя людини, а якийсь інший мінливий фактор, який залежить від факторів ризику і специфічної схильності розладів, визначальним ймовірність людини померти в тому чи іншому віці (Vaupel, 1988).
Таким чином, всі дані свідчать про те, що успадковується тривалості життя визначається мінливим числом взаємодіючих генів, експресія яких значно модифікується сприятливими або несприятливими впливами середовища (Yashin & Iachine, 1994).
Правильність такого пояснення підтверджують результати досліджень системи лейкоцитарних антигенів людини (HLA). Proust et al (1982) повідомили про те, що у 90-100-річних людей все частіше виявляють антигени Cw7 (у чоловіків) і Cw1 (у жінок), припустивши взаємозв`язок певних гаплотипів з підвищеною здатністю до виживання. Ще пізніше було встановлено, що аллель 4 аполіпопротеїну Е (АроЕ), яка прискорює передчасне розвиток атеросклерозу і, як буде докладно викладено нижче, є істотним чинником ризику в розвитку сімейних форм хвороби Альцгеймера з пізнім початком, рідше зустрічається у людей у віці 100 років і старше, ніж у людей контрольних груп (Schachter et al., 1994). Як не дивно, ті ж дослідники повідомили, що варіант ангіотензинперетворюючого ферменту, у багатьох популяціях пов`язаний зі схильністю до коронарної хвороби серця, у столітніх людей визначається частіше. Хоча результати таких досліджень і можуть послужити прикладами генетичних впливів на відмінності в здатності до виживання, а також прикладами можливих плейотропних, що залежать від віку впливів на тривалість життя, їх точне біологічне значення і релевантність поки ще зрозуміти важко.

синдроми прогерії

Результати вивчення синдрому Гетчінсона- Гілфорда і синдрому Вернера дозволяють дещо по-іншому розглядати вплив генетичних факторів на процеси старіння. При цих двох хворобливих станах у хворих виявляють патологічні зміни, які зазвичай вважаються типовими тільки для людей дуже пізнього віку.
Синдром Гетчінсона-Гілфорда проявляється у дітей значним відставанням у рості від однолітків, обласному, зникненням підшкірної жирової клітковини, випинанням вен, пігментацією певних ділянок шкіри, ознаками артриту, а також дуже характерним особою. До 10 років у таких дітей зазвичай розвивається важкий атеросклероз. Середня тривалість життя хворих
років (Brown et al., 1985). Правда, був описаний атиповий випадок, коли пацієнт-японець прожив з цією хворобою до 45 років (Ogihara et al., 1986).
Перші ознаки синдрому Вернера починають виявляти у дітей старшого віку. Типові прояви хвороби включають недостатнє зростання хворого внаслідок того, що не було його прискорення в підлітковий період, і посивіння волосся до II - ППВ років. Зі збільшенням віку хвороба протікає щодо типово і до середини четвертого десятиліття життя проявляється атрофією шкіри і сполучної тканини, втратою волосся, змінами голосу, формуванням катаракти, виразками шкіри і ознаками діабету. Часто виникає остеопороз і уражаються коронарні артерії, а у жінок рано припиняється менструація. Середня тривалість життя 47 років (Epstein et al., 1966- Salk, 1982). Культури клітин, взятих зі шкіри пацієнтів з синдромом Вернера, в експериментах дуже схожі з культурами клітин, які отримані від старих. Відзначається тривалий латентний період, поки фібробласти почнуть мігрувати з експлантати, а клітини ростуть рідко і дуже обмежено по тривалості. При цьому ріст клітин поєднується з різними хромосомними перебудовами, в тому числі з делеціями і множинними транслокаціями (Salk, 1982- Fukuchi et al, 1989- Scappaticci et al, 1990).
Надзвичайно цікаво, що під час спроб уточнити генетичні механізми процесів старіння дослідники встановили, що ранній початок обох хвороб і дуже швидкий розвиток хворобливого фенотипу зумовлені лише поодинокими генними мутаціями або невеликими мультігенних делеціями. Синдром Гетчінсона- Гілфорда був описаний як спорадична аутосомно-домінантна (Brown et al, 1979) і як аутосомно-рецесивна хвороба (Khalifa, 1989). Можливо, що рідкісні поразки сібсов виникають в результаті ембріонального мозаицизма. Тип успадкування синдрому Вернера - аутосомно-рецесивний (Epstein et al, 1966- Goto et al, 1981), і хвороба картировать на хромосомі 8р 12-р 11 (Goto et al, 1992 Schellenberg et al, 1992.).
Висловлено думку, що, оскільки є очевидна схожість обох хвороб з непатологічних старінням, їх слід розглядати як сегментарні синдроми прогерії, тобто стану, в яких представлені багато, але не всі аспекти фенотипу старіння (Martin, 1985). Протилежну думку полягає в тому, що, з огляду на специфічні для синдромів Гетчінсона-Гіл форда і Вернера аномалії, а також їх невідповідність критеріям передчасного або прискореного старіння (Casarett, 1964), найбільш адекватне ставлення до цих синдромів як до карикатурним проявам процесів старіння (Epstein, 1985). Яка б з цих точок зору не була прийнята, в результаті детального вивчення генома хворих з синдромом Вернера можливі значні прориви в нашому розумінні основоположних механізмів поширених вікових порушень. З цієї причини буде помилкою зовсім відмовлятися від оцінки цих синдромів як можливих моделей процесів старіння і пов`язаних з віком патологічних станів.

поведінкові розлади

Основна проблема у встановленні генетичних причин багатьох поширених захворювань або генетичної схильності до їх розвитку полягає в тому, що немає якогось придатного для визначення генів продукту, який можна було б використовувати для однозначної діагностики хворобливих станів. Це було каменем спотикання по відношенню до поведінкових розладів, багато з яких, як це було встановлено при дослідженні сімей і близнюків, зустрічаються з частотою, що укладається в їх полігенний, мультифакторіальний тип спадкування. При такому типі успадкування кілька або безліч генів в сукупності визначають схильність індивіда до якогось розладу, а експресія цих генів залежить від несприятливої дії специфічних негенетических факторів.
З розробкою в 70-х роках технології рекомбінантної ДНК ситуація швидко змінилася. Для діагностики того або іншого розладу вже не треба було виявляти і кількісно визначати продукт гена. Замість цього стало можливим використовувати різні варіації в послідовності нуклеотидів ДНК в якості маркерів для вивчення успадкування окремих ділянок хромосом в сім`ях та інших тісно пов`язаних між собою групах людей. Шляхом вивчення ДНК від кровних родичів, у яких було виявлено якесь специфічне розлад, можна ідентифікувати ділянку хромосоми з тим же типом успадкування, що і хвороба, тим самим встановлюючи тісний близькість в хромосомі цих ділянок до генам, відповідальним за розвиток даної хвороби. Так було складено детальні карти локалізації генів захворювань в хромосомах. Завдяки широкомасштабним дослідженням з метою поліпшення генетичної діагностики розладів ці карти стають все більш специфічними і комплексними.
Першим важливим поведінковим розладом, яке було ідентифіковано таким способом, була хвороба Гентінгтона - розлад, обумовлене прогресуючої нейродегенерации переважно базальних гангліїв. Симптоми хвороби зазвичай починають проявлятися в 30- 50 років. Мутантний ген, відповідальний за розвиток хвороби, виявляє аутосомно-домінантний тип спадкування. У 1983 році Gusella з співробітниками застосували рестрикційний фермент Hin dill до зразків ДНК, отриманих від людей, пов`язаних родинними зв`язками і проживають у певній місцевості в Венесуелі. У цих людей часто виявляли хвороба Гентінгтона. Дослідникам вдалося показати, що ген цього розладу локалізована в короткому плечі хромосоми 4 (Ch4). Подібним чином була розроблена швидка і надійна діагностика захворювання ще до розвитку його симптомів і стала можливою навіть пренатальна діагностика цього патологічного стану. В подальшому визначена точна локалізація гена захворювання в Ch4pl6.3, що означає: хромосома 4, позиція 16.3, на короткому плечі (Buetow et al., 1991), а також встановлена природа дефекту, пов`язана з розширеним і нестабільним кодонів (CAG) (Huntington&rsquo-s Disease Collaborative Group, 1993).
З часу появи цього першого повідомлення ДНК-технологію почали використовувати для досліджень найбільш поширених поведінкових розладів з неменделевская типом успадкування. Тож не дивно, що результати цих досліджень, в порівнянні з результатами вивчення хвороби Гентінгтона, в якійсь мірі розчарували. Причина тому - дефект одного гена з дуже рідкісними мутаціями і повної пенетрантністю (Wexler et al, 1987). Винуватцем часто явно суперечливих даних, ймовірно, є гетерогенність досліджуваних розладів, розвитку яких, можливо, сприяє безліч як генетичних, так і негенетических причинних факторів. До тих пір, поки не вдасться розділити ці розлади на дискретні форми з точно встановленої етіологією кожної, суперечливість результатів цілком передбачувана. Це особливо вірно, коли багато хто з обстежених індивідів проживають в генетичних изолятах з малої популяцією. У таких спільнотах внаслідок можливого інбридингу іноді підвищена концентрація гена (ів) хвороби. Крім того, частота рідкісних алелей, що привертають до захворювання, також може стати значною внаслідок ефекту родоначальника (founder effect), коли мутація у одного або декількох індивідів, які заснували дане співтовариство, передається наступним поколінням.
Ці факти необхідно брати до уваги при оцінці повідомлень про роль генетичних чинників у розвитку хвороби Альцгеймера (БА). За результатами досліджень, один з кожних трьох пацієнтів, які страждають на цю хворобу, має родича першого ступеня споріднення з тими ж порушеннями (Deary & Whalley, 1988). Такі факти є вагомими підставами підозрювати генетичну схильність до захворювання у значної кількості хворих. Виходячи з того, що у хворих з синдромом Дауна (трисомія 21), померлих в середньому віці, виявляють нейроморфологіческіх зміни, дуже нагадують поведінку які страждають на хворобу Альцгеймера, зроблено припущення, що один з генів 21 хромосоми (Ch21) залучений в патогенез БА. Як у хворих з синдромом Дауна, так і у страждаючих хворобою Альцгеймера в мозку поза клітинами утворюються відкладення (бляшки) амілоїдного Р-білка, і майже у всіх всередині нейронів виявляють клубки аномальних нейрофибрилл, що складаються з високофосфорілірованного мікротубулярного? (Тау) -протеіна (Hardy & Duff, 1993).
Дослідження ДНК на матеріалі родоводів з різних регіонів Європи, в яких спостерігалися випадки раннього розвитку БА, і накопичення в родоводів описів випадків захворювання, відповідних аутосомно-домінантним типом успадкування, спочатку свідчили про те, що ген БА знаходиться в області Ch21ql 1-22 - так позначається ген на довгому плечі хромосоми 21 в межах області, обмеженої позиціями від 1 до 22 (St George-Hyslop et al., 1987). Встановлено також мутація гена, що кодує основний пептид, з якого складається амілоїдна бляшка, і зв`язок цього гена з цією формою хвороби. Крім первинної заміни амінокислоти валін - »изолейцин (Goate et al., 1991), описано декілька інших мутацій в цьому локусі (Hardy & Duff, 1993). Однак досить скоро стало очевидним, що зв`язок з маркерами в Ch21 відзначається лише в небагатьох сім`ях, в яких були випадки раннього розвитку БА, тоді як інший частіше зустрічається локу з хворобою Альцгеймера, пов`язаний з агресивною формою хвороби, локалізована на довгому плечі хромосоми 14 в ділянці Chl4q24.3 (Mullan et al., 1992 Schellenberg et al., 1992а). Цей ген був клонований. В результаті виявлено п`ять міссенс-мутацій, які сегрегуються разом з аутосомно-домінантною ранньою формою хвороби Альцгеймера (Sherrington et al., 1995). Третій кандидат на роль гена, асоційованого з ранньою формою хвороби Альцгеймера, виявлено в сім`ях поволзьких німців, які проживають в США. Він локалізований в хромосомі 1 в області Chlq31-42, при цьому гомологичен раніше виявленому гену в хромосомі 14 (Levy-Lahad et al., 1995а). З цього можна зробити висновок, що мутантний ген БА, знайдений в семи пов`язаних спорідненістю сім`ях поволзьких німців, був присутній у одного або більшого числа основоположників цієї популяції.
У страждають сімейної та спорадичною хвороби Альцгеймера, що почалася в пізньому віці, визначено зв`язок захворювання з проксимальної частиною довгого плеча хромосоми 19 - Chi9 (Pericak-Vance et al.,

Імунохімічний методом аполіпопротеїн Е (АроЕ) був виявлений в сенильних бляшках, амілоїді судин і нейрофібріллярних клубках, характерних для БА, а ген, що кодує АроЕ, локалізована в ділянці Chl9ql3.2. Показано, що аллель є4 АроЕ (112 Cys -gt; Arg) частіше зустрічається у пацієнтів з хворобою Альцгеймера (Strittmatter et al, 1993). Крім того, підтверджено високодостоверное зв`язок з аллелем 4 у спорадично хворих хворобою Альцгеймера з верифікацією діагнозу на аутопсії (Saunders et al., 1993- Schmechel et al., 1993). Цими знахідками підтверджується припущення, що ген АроЕ є4 сприяє клінічними проявами найбільш частих форм БА.
У зв`язку з тим, що погляди на природу цієї хвороби швидко змінюються і показана гетерогенність її успадкування з залученням декількох генних локусів, остаточні висновки про генетику БА, на жаль, неможливі. Проте видається, що загальним етіологічним фактором у всіх страждають на хворобу Альцгеймера є осередкове відкладення амілоїдного р-білка, а решта спадкові і середовищні причини хвороби, ймовірно, взаємодіють з метаболізмом протеїну, який вважається попередником амілоїдного Р-білка - АРР (Hardy & Duff, 1993). Важливість Альцгеймера амілоїдного Р-білка в розвитку фенотипу хвороби підтверджена шляхом впровадження трансгенного інкорпорує АРР-гена мишам разом з геном, який експресивний в ділянках головного мозку, грубо слабости під час БА. При цьому за механізмами апоптозу розвивалася нейрональная дегенерація і загибель клітин (LaFerla et al., 1995).