Sir2 является гистондеацетилазой. Мутировавшие дрожжи, излишне активно экспрессирующие Sir2, отличаются репликационной продолжительностью жизни, которая, по меньшей мере, на 30 процентов превышает обычный срок жизни[241]. И напротив, для дрожжей, не экспрессирующих Sir2, характерна гораздо меньшая продолжительность жизни[242], уступающая обычной приблизительно на 50 процентов. В 2009 году профессор Шелли Бергер, удивительно трудоспособная исследовательница из Университета Пенсильвании, возглавляемый которой коллектив добился выдающихся успехов в области молекулярной эпигенетики, опубликовала результаты цикла поистине уникальных генетических и молекулярных экспериментов на дрожжах.
Ее исследования показали, что белок Sir2 влияет на старение, удаляя ацетиловые группы с гистоновых белков, и в этом заключается его единственное предназначение. [243]. Это был ключевой эксперимент, поскольку для Sir2, как и для многих гистондеацетилаз, характерна некоторая молекулярная распущенность. Он не просто удаляет ацетиловые группы с гистоновых белков, но и еще у 60-ти других белков клетки. Многие из этих белков не имеют никакого отношения к хроматину или экспрессии генов. Работа Шелли Бергер убедительно продемонстрировала, что Sir2 влияет на старение именно своим воздействием на гистоновые белки. Измененная эпигенетическая схема на гистонах, в свою очередь, влияет на экспрессию генов.
Эти данные, показывающие, что эпигенетические модификации гистонов действительно оказывают решающее влияние на старение, помогли занимающимся этой темой ученым понять, что они движутся в правильном направлении. И важность Sir2 не ограничивается лишь дрожжами. Если мы сильно повысим уровень экспрессии Sir2 в уже полюбившемся нам черве С. elegans[244], он проживет дольше. Продолжительность жизни дрозофил, активно экспрессирующих Sir2, увеличивается приблизительно на 57 процентов[245]. Может быть, этот ген так же важен и для процесса старения человека?
У млекопитающих существует семь разновидностей гена Sir2, от SIRT1 до SIRT7. Основное внимание при изучении старения у человека ученые уделяют гену SIRT6, представляющим собой довольно необычную гистондеацетилазу. Истинный прорыв в этой области был сделан в лаборатории молодого доцента Стэнфордскош центра долголетия Катрин Чуа, (которая приходится сестрой Эми Чуа, автора вызвавших в высшей степени оживленную полемику мемуаров «Боевая песнь матери-тигрицы»).
Катрин Чуа вывела линию мышей, которые никогда не экспрессируют белок Sirt6, даже в период собственного развития (они стали известны как нокаутные мыши по гену Sirt6). При рождении эти животные выглядели вполне нормальными, хотя и уступали в размерах обычным мышам. Но, начиная с двухнедельного возраста, они демонстрировали целый ряд признаков, присущих процессу старения. В их число входили утрата подкожного жира, искривление позвоночника и нарушение метаболизма. В возрасте одного месяца эти мыши умирали, тогда как обычные мыши в лабораторных условиях способны прожить до двух лет.
Большинство гистондеацетилаз крайне неразборчивы. Под этим мы подразумеваем, что они деацетилируют любой ацетилированный гистон, который смогут разыскать. Более того, как уже упоминалось выше, многие из них даже не ограничиваются только гистонами и удаляют ацетиловые группы с любых белков. Однако SIRT6 в этом плане просто уникален. Он удаляет ацетиловые группы исключительно с двух особых аминокислот — лизин 9 и лизин 56, которые обе находятся на гистоне H3. Этот фермент, как представляется, также предпочитает гистоны, расположенные на теломерах. Когда Катрин Чуа «нокаутировала» ген SIRT6 в человеческих клетках, она обнаружила, что теломеры этих клеток оказались поврежденными, и хромосомы в них начали соединяться. Клетки утратили способность делиться и прекратили выполнять подавляющую часть своих функций[246].
Отсюда следует, что клетки человека нуждаются в SIRT6 для сохранения нормальной структуры теломеров. Но это не единственная роль белка SIRT6. Ацетилирование гистона 3 на аминокислоте 9 связано с экспрессией генов. Когда SIRT6 удаляет эту модификацию, эта аминокислота может быть метилирована другими ферментами, присутствующими в клетке. Метилирование этой позиции на гистоне связано с репрессией генов. Катрин Чуа продолжила эксперименты, результаты которых подтвердили, что изменение уровней экспрессии SIRT6 меняет экспрессию отдельных генов.
Создавая комплекс с определенным белком, SIRT6 в качестве своей мишени избирает специфические гены. Если этот белок присутствует в этих генах, то SIRT6 участвует в петле обратной связи, способствующей подавлению экспрессии гена, включаясь в классический порочный круг. У мышей с нокаутированным геном SIRT6 уровни гистонового ацетилирования на этих генах остаются высокими, потому что петля обратной связи не может быть активирована. Благодаря этому экспрессия этих генов-мишеней у мышей с нокаутированным SIRT6 повышается. Генами-мишенями являются те, которые способствуют саморазрушению или вхождению клетки в состояние перманентного стаза, известного как одряхление. Такие результаты объясняют, почему нокаут гена SIRT6 вызывает преждевременное старение[247]. Дело в том, что гены, ускоряющие процессы, связанные со старением, активируются слишком рано или слишком бурно, и происходит это в молодом возрасте.
Представьте себе пронырливого ремесленника, который встраивает в свои изделия скрытый механизм, вызывающий преждевременный износ. Определенное количество лет это устройство должно бездействовать, иначе, если процесс износа запустится слишком рано, то мастер рискует приобрести репутацию производителя некачественного товара, и никто не станет приобретать его изделия. Нокаут SIRT6 в клетках отчасти похоже на программный сбой, активирующий запуск встроенного механизма износа через, скажем, один месяц вместо двух лет.
Другие гены-мишени SIRT6 связаны с провоцированием воспалительных и иммунных реакций. Это также имеет большое значение для старения, поскольку в результате повышения активности этих путей определенные состояния по мере старения становятся все более частыми. В их число входят специфические признаки определенные сердечнососудистых заболеваний и таких хронических нарушений как ревматоидный артрит.
Есть такое редкое генетическое заболевание, которое называется синдромом Вернера. Страдающие им люди начинают стареть значительно быстрее и гораздо раньше, чем их здоровые сверстники. Этот процесс вызывается мутацией гена, входящего в трехмерную структуру ДНК, где он способствует поддержанию ее правильной конфигураций и закрученности до необходимой для определенного клеточного типа степени сжатости[248]. Обычный белок связывается с теломерами. И делает он эго наиболее эффективно, когда гистоны на теломерах утрачивают ацетиловые группы на аминокислоте 9 гистона H3. Именно эта модификация удаляется ферментом SIRT6. Это еще более убеждает нас в значимости роли белка SIRT6 для контроля старения[249].
Учитывая, что SIRT6 является гистондеацетилазой, было бы интересно исследовать влияние на старение ингибитора гистондеацетилазы. Мы могли бы предположить, что он должен оказывать такое же воздействие, как и нокаут экспрессии фермента SIRT6, то есть ускорить процесс старения. А это, в свою очередь, заставит нас лишний раз задуматься, прежде чем мы станем лечить пациентов такими ингибиторами гистондеацетилазы как САГК. В конце концов, противораковое средство, заставляющее пациента стареть быстрее, едва ли может считаться эффективным.
К счастью, с точки зрения лечения раковых больных, SIRT6 принадлежит к особому классу ферментов гистондеацетилазы, которые называются сиртуинами. В отличие от ферментов, с которыми мы имели дело в главе 11, сиртуины не подвержены влиянию САГК или любых других препаратов-ингибиторов гистондеацетилазы.
И опять мы возвращаемся к вопросу о том, удалось ли нам хоть сколько-нибудь приблизиться к открытию средства, которое мы могли бы предложить людям, мечтающим жить дольше. Имеющиеся на сегодняшний день данные не выглядят многообещающими, особенно при учете того, что многие механизмы, лежащие в основе процесса старения, являются защитными приспособлениями против развития рака. Нет большого смысла в создании лекарственных средств, способных увеличить продолжительность жизни лет на 50, если они спровоцируют развитие новообразования, которое может убить нас уже через пять лет. Однако существует один способ увеличения продолжительности жизни, уже доказавший свою удивительную эффективность не только для дрожжей или дрозофил, но и для червей и млекопитающих. И называется он ограничением потребления калорий.
Если содержание калорий в рационе грызунов при свободном доступе к пище будет понижено до 60 процентов калорий, это окажет поразительный эффект на продолжительность их жизни и развитие возрастных заболеваний[250]. Чтобы результат был очевиден, такое ограничение следует начинать в самом раннем возрасте и придерживаться его на протяжении всей жизни. У дрожжей снижение количества глюкозы (пищи) с 2 до 0,5 процентов повышает продолжительность их жизни приблизительно на 30 процентов[251].
Не прекращаются оживленные дискуссии по поводу того, обусловлен ли эффект, вызванный снижением калорий, такими сиртуинами, как Sir2 у дрожжей, или вариантами Sir2 у других животных. Sir2 частично регулируется ключевым химическим веществом, уровень которого зависит от количества питательных веществ, поступающих в клетки. Это заставило некоторых авторов пред