Механизм аутофагии. Активация аутофагии: путь к борьбе со старением. Правила интервальных голодовок

Забудьте, наконец, об очищении соком или детоксовых диетах. Нельзя сказать, будто есть что-то плохое в том, чтобы употребить огромное количество измельченной капусты кейл. Однако не ожидайте, что это вымоет токсины из вашего организма быстрее, чем если бы вы питались, как обычно.

Самоканнибализм

Хорошие же новости заключаются в том, что существует малоизвестный способ, позволяющий вам действительно очистить организм, и это тот процесс, который вы можете самостоятельно контролировать. Все, что вам нужно, - это практиковать самоканнибализм. Постойте, что? Нет, вы не ослышались! И да, вы действительно можете обучить свое тело поедать себя. Хотите верьте, хотите нет, но вам это определенно нужно.

Что такое аутофагия?

Естественный процесс, называемый аутофагией (буквально - «самопоедание»), - это встроенная система очистки организма. Ваши клетки создают мембраны, которые охотятся за остатками мертвых, больных или изношенных клеток, пожирают их, разбирают их на запчасти и используют пригодные молекулы для того, чтобы производить энергию.

Очищение тела через переработку ненужных частиц

Вы можете думать об этой системе, как о внутренней программе переработки в вашем организме. Аутофагия делает организм человека более эффективным, так как он сам избавляется от неработающих частиц, останавливает рост раковых клеток, а также препятствует метаболическим дисфункциям, таким как ожирение или диабет.

Польза аутофагии

Существуют также доказательства того, что этот процесс может сыграть важную роль в контроле воспаления и иммунной системы. Когда ученые вывели крыс, у которых отсутствовала способность к аутофагии, они становились толстыми, сонливыми, у них был повышенный уровень холестерина и мозговые нарушения. Если сложить все вместе, то можно смело сказать, что аутофагия - это ключ к замедлению процесса старения, и вы можете научиться тому, как контролировать ее в вашем организме.

Как спровоцировать аутофагию?

Так как же вам стоит поедать самих себя? Это вопрос, который вы вряд ли задавали ранее, но сейчас вы узнаете на него ответ. В первую очередь вам стоит узнать, что аутофагия - это реакция на стресс, так что вам придется довести ваш организм до стрессового состояния, чтобы запустить в более усиленном режиме ваши системы самоканнибализма. В данный момент вы думаете, что эта статья выглядит совсем уж странно, но поверьте: если вы дочитаете ее до конца, то ваша жизнь может серьезно измениться к лучшему. Как обычно и бывает, кратковременный дискомфорт может привести к долговременным преимуществам, поэтому вам стоит ознакомиться с этими тремя наиболее эффективными способами запустить процессы аутофагии.

Упражнения

Вам всегда стоит помнить о том, что упражнения - это первейший способ довести ваш организм до стрессового состояния. Занятия спортом на самом деле наносят урон вашим мышцам, вызывая крошечные микротрещины, которые ваше тело тут же начинает залечивать, что делает ваши мышцы более сильными и более устойчивыми к дальнейшему подобному урону. Занятия спортом - это один из самых популярных способов, которым люди непреднамеренно очищают свой организм. Так что то ощущение свежести и обновленности после тяжелой тренировки - это признак того, что вы очистились. Одно исследование подробно изучило аутофагосомы - структуры, которые формируются вокруг поврежденных клеток, от которых тело решило избавиться. После того как ученые вывели крыс, у которых аутофагосомы светятся ярко-зеленым светом, они обнаружили, что скорость, с которой эти структуры избавляются от поврежденных клеток, у крыс, пробежавших тридцать минут на колесе, значительно возрастает. И скорость продолжала расти даже тогда, когда крысы бежали уже почти полтора часа без перерыва. Но что насчет людей? Определение необходимой нагрузки и продолжительности упражнений, которые запустят процессы аутофагии, а также степени, в которой этот процесс можно регулировать, является сложным вопросом, и на него сейчас не так просто найти точный ответ. Однако можно сказать, что упражнения дают большое количество преимуществ, даже если не учитывать их роль в аутофагии, так что вам в любом случае стоит заниматься спортом. И если вы любите тяжелые упражнения - для вас же лучше. Чем интенсивнее занятия спортом, тем больше выгода.

Голодание

Ирония заключается в том, что у тех, кто любит «очищать» организм с помощью соков и смузи, употребление любой пищи работает против аутофагии. Отказ от еды - это действие, которое принесет вам немало стресса. Вашему организму это определенно не понравится, но в итоге он получит от этого огромную пользу. Более того, ученые уже успели продемонстрировать, что от периодического голодания имеется немало конкретных преимуществ, таких как снижение риска возникновения диабета или сердечно-сосудистых заболеваний, и все они записываются на счет аутофагии.

Также поражает то, как много исследований было сосредоточено на действии этого процесса в головном мозге человека во время голодания. Предполагается, что данный процесс может быть эффективным способом снижения риска возникновения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера или Паркинсона. В ходе некоторых исследований было обнаружено, что периодическое голодание улучшает когнитивные функции мозга, структуру мозга, а также нейропластичность, что может позволить мозгу запоминать новую информацию с большей легкостью. Конечно, не было конкретно доказано, что именно аутофагия является этому причиной, а также стоит упомянуть, что испытания проводились на грызунах. Поэтому нельзя сразу же сказать с уверенностью, что у людей будет такая же реакция. Практикующие специалисты говорят, что если вы хотите эффективно голодать, то вам лучше делать это периодически, сессиями от 12 до 36 часов. В процессе голодания рекомендуется ограничивать физическую активность только растяжкой или базовыми занятиями йогой.

Ограничивайте употребление углеводов

Хотя некоторые профессионалы не едят по 18 часов несколько раз в неделю, они признают, что среднестатистическому человеку будет сложно так жить. Простой отказ от еды при любом возможном случае также может оказаться неплохим вариантом - исследования показали, что даже один день голодания в месяц уже снижает риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний. Но существует и другой способ получить все ту же пользу, при этом не отказываясь от вашего любимого стейка (хотя от конфет вам все же придется отказаться). Этот способ называется кетозом - все более популярной диетой среди бодибилдеров и всех тех людей, которые хотя жить дольше. Суть кетоза заключается в том, чтобы снизить содержание в организме углеводов настолько, чтоб у вашего тела не оставалось другого выбора, кроме как использовать жир в качестве источника энергии. Кетоз позволяет людям избавиться от жира, при этом сохраняя мышцы, и существуют доказательства того, что такая диета помогает организму бороться с раковыми опухолями, снижает риск возникновения диабета, а также защищает от возникновения некоторых видов умственных расстройств, в частности от эпилепсии. Исследования показывают, что более половины детей с эпилепсией, которые придерживались этой диеты, начали испытывать приступы в два раза реже. Кетоз - это как обход аутофагии. Вы получаете все те же метаболические изменения и преимущества, что и от голодания, но при этом вам не приходится голодать.

«Какое нафиг ограничение в питании? Тебе гликогеном нужно запасаться» написал коллега под моим постом в фейсбук и собрал несколько лайков под комментарием.

Я, тем временем, освоил трехразовое питание (редкие случаи 4х приемов пищи, в дни длинных вело тренировок) и тренировки на голодный желудок. Тем не менее, некоторое время эта мысль не давала мне покоя и я решил окончательно разобраться. А вопросы были следующие:

  • Как работает Гликоген?
  • Могу ли я безопасно тренироваться дольше 2х часов без питания во время тренировки?
  • Что со мной происходит, когда заканчивается Глюкоза?
  • И самый важный для меня: могут ли длительные тренировки быть безопасными при инсулинорезистентности?

Но я и подумать не мог, что исследование этого вопроса приведет меня к осознанным тренировкам на голодный желудок и исследованию такого явления как Аутофагия.

Поэтому начнем именно с нее.

Что такое Аутофагия

На самом деле, как говорят многие источники, Аутофагия – это малоизученный процесс, который способствует естественному снижению веса, оздоровлению и увеличению продолжительности жизни. Рядом с этими фактами фигурирует имя Японского ученого Ёосинори Осуми , которому в 2016 году была присвоена Нобелевская премия по медицине за открытие и исследования механизмов Аутофагии и сорвал куш в 932 000$. Здесь же хочется сразу отметить, что сама Аутофагия как явление, была открыто значительно раньше, усилиями бельгийского биохимика по имени Кристиан Де Дюв , о котором немного позже.

Считается, что Аутофагия – это один из способов избавления клеток от ненужных органелл.

Всего в нашем с вами организме около 100 триллионов клеток.

Вот примерное количество дней, которое необходимо для полного обновления клеток:

  • 60-80 дней на полный цикл обновления клеток кожи
  • 120-150 дней на полное обновление крови
  • 150-180 дней – и у вас новая печень! Запомнили? Вы знаете, что с этой информацией делать
  • 15-16 лет и у вас новые клетки всех мышечных тканей

Следовательно, чем быстрее наши клетки обновляются и чем качественнее эти клетки – тем дольше мы с вами красивые, здоровые и молодые. Механизм Аутофагии может быть запущены естественным путем, например:

  • голоданием
  • ограничением углеводов (диета)

Чтобы проще было разбираться в Аутофагии , давайте сначала поговорим про Инсулин , Глюкоза , Гликоген и Глюкагон .

На фото: Аутофагосома под микроскопом

Инсулин

Гормон, который изучили уже вдоль и поперек. Инсулин – один из гормонов вырабатываемых поджелудочной железой в ответ на поступление Глюкозы в организм человека. Ага, значит Инсулина в крови должно становиться больше, когда пища, содержащая Глюкозу попадает в организм.

Что же происходит со спортсменом, который съедает спортивный батончик перед тренировкой? Точнее из “какого бака” будет расходоваться топливо на тренировке?

Съели батончик – > вырос Инсулин. Выросший Инсулин спровоцирует энергообеспечение из углеводов. Если тренировка короткая, то на углеводах мы ее и закончим.

Другой вариант:

Ничего не съедаем -> начинаем бежать -> углеводов нет -> энергия из жиров!

Чем полезны тренировки на энергии из жиров

На длинных забегах энергообеспечения только за счет углеводов не выйдет. Скорость вырабатывания энергии из только что потребленных углеводов значительно меньше скорости их сгорания.

Если вы хотите бежать далеко и долго, скажем марафон, то даже с гелями организм на 30-35 км переключится на получение энергии из жиров.

При беге на жирах организму требуется на 30% больше кислорода для получения 1 ккал, чем при беге на углеводах.

Теперь представьте себе, как вы будете чувствовать себя на последних километрах марафона, если во время подготовки не было длительных кроссов (2+ часа) или вы запихивались кучей углеводов перед тренировкой и бежали на них.

Глюкоза

Глюкоза считается одним из основных видов энергии. Гликоген , дальше о нем немного подробнее – это форма хранения Глюкозы . Поступающая Глюкоза соединяясь в цепочке формирует полисахарид – Гликоген. Которые хранится в мышцах и печени.

На интенсивную мышечную работу в условиях недостатка кислорода, энергии хватает примерно на 60-120 секунд. В это время в результате механизма Анаэробного гликолиза происходит расщепление Глюкозы до лактата или молочной кислоты. После этого включается механизм Аэробного гликолиза (расщипление Глюкозы до конечных продуктов распада с выделением максимального количества энергии). Чем тренированнее спортсмен – тем раньше включается процесс Аэробного гликолиза, и тем меньше в печени скапливается лактата или молочной кислоты. А значит процесс закисления мышц происходит ПОЗЖЕ и бежим мы ДОЛЬШЕ.

Гликоген

Гликоген образует энергетический запас. Если смотреть на него линейно, то 1 единица гликогена содержит меньше калорий, чем, например, энергия высвобожденная с 1 единицы сгоревшего жира . Да, мы уже помним, что для 1 ккал из жира нужно на 30% больше кислорода. Но тем не менее!

Запас Гликогена есть в печени, но мышцы тоже умеют запасать Гликоген , да и в больших его количествах. Спустя несколько часов бега запасы Гликогена заканчиваются и Инсулин в крови падает.

Но наш организм всегда имеет план Б!

Глюкагон

План Б – поджелудочная железа вырабатывает еще один мощный гормон под названием Глюкагон . Он является антагонистом Инсулина, а соответственно повышает уровень Глюкозы в крови. Глюкагон умеет преобразовывать аминокислоты (белок) в Глюкозу !

Мозгу тоже нужна энергия для работы. Здесь Глюкоза также пригодится! Мозг не умеет получать энергию из жиров, но умеет из Глюкозы и при этом ему даже не нужен Инсулин.

Улавливаете цепочку?

Глюкагон -> рост Глюкозы -> Зарядка батарейки мозга

Хорошо, мозг работает. Но Инсулина как не было, так и нет, как бежать? На жирах!

Глюкагон стимулирует переработку жиров. Глюкагон воздействует на рецепторы, которые способствуют получению энергии из жиров, и чем более тренирован человек, тем больше у него этих рецепторов. Именно развитие и рост количества рецепторов, на которые может воздействовать Глюкагон и направлены длительные тренировки. Большее количество рецепторов позволяет сохранить углеводы на последние километры марафонских дистанций.

Схема взаимодействия Глюкозы и Инсулина :

Как работает Глюкагон

на фото: Кристиан Де Дюв

Еще в далекие 1950-е годы Кристиан Де Дюв исследуя Глюкагон и Инсулин проводил эксперименты на клетках крыс и заметил, что под воздействием Глюкагона в клетках печени начинали появляться неизвестные ранее органеллы, которые в будущем он назвал Лизосомы . Также он предположил, что эти самые Лизосомы предназначены для получения энергии из мусора, содержащегося в клетках.

Оказалось, что пока клетке хватает энергии – Лизосомы не занимаются сбором мусора. Маркер наличия энергии для клетки все тот же – Инсулин . Есть Инсулин Лизосомы спят. Как только Инсулин заканчивается – Глюкагон дает сигнал Лизосомам начать сбор мусора в клетках. Так происходит воздействие аутофагасомы и Кристиан Де Дюв назвал этот процесс Аутофагией .

Мусором Кристиан Де Дюв называет поврежденные субклеточные компоненты и неиспользуемые белки.

В нашем организме ежедневно создается огромное количество клеток, которые могут содержать в себе больные, слабые, ошибочные, нестандартные и лишние клеточные компоненты. В результате этого клетки начинают функционировать некорректно и могут привести к болезням Альцгеймера, Паркинсона или онкологическим заболеваниям. Поэтому очень важно избавляться от мусора, а Аутофагия помогает организму быть здоровее. Получается такой себе аутоканнибализм.

Как запустить Аутофагию

Есть два способа запустить Аутофигию :

  1. Голодание

Бег

Давайте вернемся к бегу на голодный желудок. Вероятно, вы уже понимаете связь. Выходя на тренировку утром, без приема пищи перед бегом Инсулина в организме очень мало. А значит Глюкагон с Лизосомами начнут свое дело значительно раньше, чем если бы мы закинулись овсяночкой или парой бутербродов перед тренировкой. Можно, конечно, инициировать Аутофагию и при тренировке перед которой вы поели. Но в тогда бежать придется значительно дольше, пока Инсулин , опять-таки, не закончится.

Голодание

Тоже может вызвать рост Глюкагона , но это происходит значительно медленнее чем при беге. Частые приемы пищи, о которых нам постоянно твердят изо всех источников наоборот способствует удержанию уровня Инсулина в крови, что не позволяет запустить процессы Аутофагии. Необходимо дополнительно и углубленно изучать, как правильно голодать, чтобы от голодания была польза.

Марафон и Аутофагия

Давайте соберем все вышеизложенное в последовательный сценарий участия в марафоне.

Примерно через 2 часа после старта заканчиваются запасы Глюкозы и Гликогена , начинает расти уровень Глюкагона , начинают разлагаться жиры превращаясь в энергию. Глюкагон запустит процесс Аутофагии , мусор горит, клетки счастливы! Вы, как марафонец, через пару дней после старта – как новенький!

Возвращаясь к началу своей статьи, хочется сказать – да, возможно и нужно мне запасаться Гликогеном, но я и мой организм будут счастливы когда он закончится.

Безопасны ли длительные тренировки при инсулинорезистентности

Для начала, инсулинорезистентность – это проблемность попадания Инсулина в клетки организма.

Причин проблем попадания Инсулина в клетки может быть несколько. Если посмотрели видео выше, то уже знаете минимум про 3:

  1. Проблемы с выработкой Инсулина
  2. Проблемы с движением Глюкозы
  3. Что-то не так с рецепторами клеток

Причин которые могут спровоцировать причины проблем попадания Инсулина в клетки (простите за тавтологию, надеюсь понятно) еще больше. Но прошу представить, что вы регулярно и без надобности открываете и закрываете дверцу кухонного шкафчика. Согласны, что скрипеть он начнет гораздо раньше, чем если бы он открывался в случаях надобности?

В завершении, возвращаясь к безопасности бега на низком Инсулине хочу сказать, что не только безопасно, но и как оказывается полезно. На всякий случай , всегда с собой большой гель Nutrend.

Одной из особенностей старения является неспособность клетки адаптироваться к условиям стресса.
В процессе жизнедеятельности, в клетках накапливаются необратимые повреждения и, как следствие,
делящиеся клетки регенерирующих тканей прибегают к двум основным механизмам, предотвращающим деление. Они могут либо навсегда остановить клеточный цикл (войти в состояние покоя , «сенесценцию» ), либо запустить механизм запрограммированной смерти.
Существует несколько видов клеточной гибели. (самоубийство) является наиболее подробно описанной формой запланированной клеточной смерти. Существует, однако, ещё одна форма гибели клетки - аутофагия (самопоедание), которая осуществляется при помощи лизосомной деградации, имеющей важное значение для поддержания гомеостаза.
В отличие от митотических (делящихся) клеток, постмитотические клетки, такие как нейроны или кардиомиоциты, не могут войти в состояние покоя, поскольку они уже окончательно дифференцированны. Судьба этих клеток, таким образом, полностью зависит от их способности справляться со стрессом.
Аутофагия является одним из основных механизмов для ликвидации поврежденных органелл, долгоживущих и аномальных белков и излишних объёмов цитоплазмы.

Функционирование клетки как системы

Одноклеточные и многоклеточные организмы живут в постоянной адаптации к внешним и внутренним повреждающим стимулам. Неизбежное накопление повреждений приводит к ухудшению состояния компонентов клеток, к ухудшению клеточных функций и к изменениям в тканевом гомеостазе, что в конечном итоге оказывает влияние на весь организм.

Таким образом, старение в настоящее время рассматривается как естественное ухудшение организма с течением времени, ухудшение его «фитнеса», предположительно, в результате накопления невосстанавливаемого ущерба.

Многие возрастные патологии происходят от недостаточно точного функционирования механизмов репарации ДНК или аномалий в антиоксидантных механизмах, которые способствуют детоксикации
активных форм кислорода . Оксидативный стресс играет важную роль в онкогенезе и в снижении функции головного мозга, которые объясняются возрастно-зависимымой пероксидацией липидов , окислением белков и окислительной модификации генома митохондрий и ДНК .
Несмотря на общее происхождение этих заболеваний, существуют некоторые различия в зависимости от возраста, при котором они наступают. Заболеваемость раком резко возрастает после 50-летнего возраста, в то время как заболеваемость нейродегенеративными расстройствами повышается после 70 лет. Одним из важных различий между этими двумя патологиями является тип клеток, которые они поражают.
Рак затрагивает, в первую очередь, митотические клетки, в то время как нейродегенеративные расстройства затрагивают главным образом постмитотические (неделящиеся) клетки.
Таким образом, встает вопрос, чем принципиально отличается реакция этих типов клеток в ответ на стрессовые воздействия. По пролиферативной структуре тканей, многоклеточные организмы можно разделить на простые и комплексные . После развития и дифференцировки, простыe организмы (например, Caenorhabditis elegans и Drosophila melanogaster) состоят только из постмитотических клеток, которые окончательно дифференцированы и больше не делятся. И наоборот, комплексные организмы (например, млекопитающие) состоят как из постмитотических так и митотических клеток, которые присутствуют в регенерирующих тканях и поддерживают их способность размножаться.
Одним из важных различий между простыми и комплексными организмами, это продолжительность их жизни: нематоды C. elegans живут только несколько недель, плодовые мушки D.melanogaster живут несколько месяцев, в то время как мыши могут жить несколько лет, а люди - многие десятилетия. Вполне вероятно, что присутствие регенерирующих тканей в организме дает возможность заменить поврежденные клетки, тем самым увеличивая продолжительность жизни.
Тем не менее, потенциал возобновляемых тканей к саморегенерации представляет из себя риск в плане заболевания раком. Накопление повреждений увеличивает риск митотических клеток к приобретению модификаций в геномной ДНК и, следовательно, риск превратиться в раковую клетку.
В целях сохранения организма, поврежденные клетки опираются на два различных механизма, чтобы остановить их рост: они могут либо войти в состояние ареста клеточного цикла (процесс, известный как «сенесценция») или вызвать генетические программы клеточной гибели, чтобы умереть «по-тихому», не затрагивая соседние клетки (путем апоптоза и, возможно, аутофагии).
Для постмитотических клеток однако, сценарий поведения повреждения клеток радикально отличается. Поскольку их уже остановлен в фазе G0 , они не могут войти в состояние покоя, в сенесценцию. Не имея такого преимущества как пролиферативное обновление, постмтотические клетки, такие, как нейроны или кардиомиоциты , вынуждены адаптироваться к стрессу в целях обеспечения жизненно важных функций всего организма.
В нейродегенеративных патологиях, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и Хантингтона, агрегирование белков является следствием недостаточного удаления окисленных, неверно сконформированных или аномальных белков в мозге . В этом контексте, аутофагия является основным путём для обеспечения нормальной функции повреждённой ткани.

Клеточное старение (сенесценция)

по сути является остановкой в фазе G1 клеточного цикла постоянно пролиферирующих клеток в ответ на стресс, с целью избежать опасности трансформации в злокачественную клетку. Клетки в состоянии покоя принимают уплощенную форму и запускают экспрессию конкретных молекулярных маркеров, связанных с сенесценцией - бета-галактозидазы, связанных с старением гетерохроматиновых локусов и накопления липофусциновых гранул .
способствующих переходу клетки в состояние покоя.
Среди них, укорочение теломер, повреждение ДНК и оксидативный стресс являются наиболее хорошо изученными. Несмотря на разнообразие этих сигналов, они сходятся на двух основных эффекторных путях: на пути и pRB пути (Рис.1).
В нормальных условиях, активность белка - супрессора опухоли p53 регулируется белком MDM2. Однако, при митогенном стрессе или повреждении ДНК, активность MDM2 подавляется и функциональный p53 способен активировать ингибитор циклин-зависимых киназ p21 , который останавливает клеточный цикл.
Во втором пути, белок ретинобластомы рRB активируется белком p16 в условиях стресса или повреждений ДНК, который в свою очередь связывается с представителями E2F факторов транскрипции, о которых известно, что они запускают клеточный цикл .
Эти два пути перекрываются в области контроля клеточного старения, а также могут совпадать с запуском программ клеточной смерти. Например, вентрикулярные кардиомиоциты активируют митохондриальный апоптоз, когда в этих клетках увеличивается экспрессия E2F.
Несмотря на то, что сенесценция является способом адаптации клетки в ответ на стрессовые условия, этот механизм, однако, может иметь негативное воздействие на выживание организма.
С возрастом, сенесцентные клетки накапливаются в пролиферативных тканях и вырабатывают различные протеазы деградации, факторы роста и цитокины, что оказывает воздействие на функции соседних клеток, не находящихся в состоянии покоя.
После массового накопления стареющих клеток, пролиферативный потенциал регенерирующих тканей снижается из-за уменьшения стволовых клеток. В общей сложности, эти последствия могут создать неблагоприятную обстановку, которая влияет на развитие неопластичных клеток в опухоли, что в итоге повышает риск заболевания раком.

Апоптоз


Апоптоз является наиболее подробно изученной формой запрограмированной клеточной гибели, которая играет важную роль в эмбриональном развитии и организменном старении . Он включает в себя конторолируемую активацию протеаз и других гидролаз, которые быстро разрушают все клеточные структуры.
В отличие от гибели клеток путём некроза, при которой разрушается мембрана клеток и запускается воспалительная реакция, апоптоз осуществляется в пределах неповрежденной мембраны, без ущерба для соседних клеток.
На морфологическом уровне , классическими чертами апоптоза являются конденсация хроматина (pyknosis), ядерная фрагментация (karyorrhexis), сжатие клетки и пузырение мембраны. Существует два основных пути инициации апоптоза: внутриклеточный (или митохондриальный) и внешний (Рис.2).
В ходе внутриклеточного пути, несколько сенсоров, в том числе BH3 - белки и p53, реагируют в ответ на различные стрессовые сигналы или на повреждение ДНК и активируют сигнальный каскад, который ведёт к пермебелизации внешней мембраны митохондрии (MOMP) .
Высвобождённые из межмембранного пространства пермеабилизированных митохондрий белки, формируют характерную структуру, апоптосому, комплекс активации каспаз, состоящий из белка APAF-1 (апоптотического фактора активации протеазы 1), каспазы - 9 и цитохрома С, что приводит к активации эффекторных каспаз, который разрушает важные клеточные структуры. Апоптоз запускаемый
на уровне митохондрий жестко регулируется семейством белков Bcl-2, которые подразделяются на 3 группы: (1) анти-апоптотические мультидоменные члены (Bcl-2, Bcl-X L и Mcl-1), которые содержат четыре Bcl-2 гомологичных домена (BH1, BH2, BH3 и BH4), (2) про-апоптотических мультидоменных члены (таких, как Bax и Bak), не имеющих BH4 доменов и (3) про-апоптотические BH3 белки (например, Bid, Bim и Bad).
Внутренние и внешние стимулы могут активировать протеолитическую деградацию белка Bid и транслокацию укороченного bid (tBid ) к митохондриальной мембране, где он стимулирует MOMP, предположительно, путем активации каналов Bax / Bak и через другие механизмы .
Множество внутриклеточных взаимодействий между членами семейства Bcl-2 сводятся к интеграции сигнальных каскадов, которые модулируют уровень и активность этих белков, чтобы активировать или избежать запуск митохондриального апоптоза.
Внешний путь начинается в плазматической мембране за счет активации рецепторов смерти семейства TNFR (рецепторов фактор некроза опухоли), которые активируются лигандами Fas/CD95 и TRAIL (TNF - связанный лиганд, индуцирующий апоптоз). Тримеризация рецепторов приводит к рекрутированию и активации каспазы-8 через специальные адаптерные белки, такие, как FADD / TRADD (Fas -связанных доменов смерти/TNFR1-связанных доменов смерти) для формирования сигнального комплекса, который далее передаёт сигналы по крайней мере в трёх направлениях: (1) путем прямого протеолиза и активации эффекторных каспаз, (2) путем протеолиза BH3 белка Bid, транслокации tBid в митохондрии и последующая пермеабилизация внешней мембраны митохондрий или (3)путём активации киназы RIP1 и (C-Jun N-концевых киназ), что приводит к транслокации tBid в лизосомы и пермебелизации Bax-зависимых лизосомных мембран, в результате заканчивающимся общим протеолизом при помощи катепсина B / D и MOMP.

Апоптоз и сенесценция

Как и клеточное старение, апоптоз является крайней формой клеточного ответа на стресс и представляет собой важный механизм подавления опухолей. Пока еще не ясно, что определяет путь, по которому идёт клетка. Хотя большинство клеток способно на оба этих процесса, они всё же являются взаимозаключающими.
Тип клетки является определяющим, так поврежденные эпителиальные клетки и фибробласты в основном входят в покой, в то время как поврежденные лимфоциты подвергаются апоптозу. Кроме того, было сообщено о том , что при помощи манипулирования уровня экспрессии Bcl-2 или ингибирования каспаз можно направить клетку, которая обычно бы умерла путем апоптоза, в состояние покоя. Также, были предприняты попытки затормозить клеточное старение путём повышенного уровня теломеразы, что в итоге не предотвращает клеточного старения, а защищает клетки от апоптоза.
Эти исследования ясно указывают на пересечение между процессами апоптоза и клеточного старения, например, на уровне белка супрессора опухоли p53.
В раковых клетках толстой кишки , активация p53 ведёт к инициации апоптоза, а не переходом в состояние покоя после онкогенного воздействия путём повышенной экспрессии c-myc. Тем не менее, детали и механизмы перекрестного регулирования между апоптозом и клеточным старением должны быть более подробно изучены.

Аутофагия


Аутофагия (Autophagy)(от греческих слов: "Авто", означающими само- и "phagein означающее «поглощать») представляет собой процесс, посредством которого собственные компоненты клетки доставляются к лизосомам для глобальной деградации (Рис.3). Этот повсеместный процесс выступает в качестве важного регуляторного механизма для ликвидации поврежденных органелл, внутриклеточных патогенов и лишних частей цитоплазмы, а также долгоживущих, аномальных или агрегированных белков.
Показано, что коротко-живущие белки ликвидируются преимущественно через протеасомы.
По крайней мере, три различных типа аутофагии были описаны, которые различаются в способе доставки органелл к лизосомам. Наиболее подробно описывается тип макро-аутофагии (macroautophagy), в котором элементы цитоплазмы и целые органеллы поглощаются так называемыми аутофагосомами (autophagosomes), имеющими двойную мембранную структуру, или первичными аутофаговыми вакуолями (AV-I). После слияния с лизосомами, аутофагосомы формируют одно-мембранную структуру, называемую аутолизосомой (autolysosome) или поздними аутофаговыми вакуолями (AV-II), содержимое которых деградируется и получившиеся элементы возвращаются в цитоплазму для метаболических реакций.
Подробный обзор по формированию аутофагосомных комплексов .
Основным негативным регулятором макро-аутофагии является , которая, как правило, запускает базовое образование аутофагосом, но ее ингибирование (например, при помощи рапамицина при отсутствие питательных веществ) запускает макро-аутофагию. Подавление mTOR активности способствует ферментативной активации мультипротеинового комплекса, который формируется из III phosphatidylinositol 3-киназы (PI3K), белка вакуолярной сортировки 34 (Vps34), Beclin 1, белка вакуолярной сортировки 15 (Vps15), белка резистентности к УФ-излучению (UVRAG), endophilin B1 (Bif-1), молекулы активации Beclin-1-зависимой аутофагии (Ambra 1) и, возможно, другие белки.
Этот комплекс негативно регулируются белками Bcl-2 / X L. Vps34 производит фосфатидилинозитол - 3-фосфат , молекулярный сигнал для сборки аутофаговых комплексов формирующим удлинение и закрытие везикул.
Процесс макро-аутофагии можно заингибировать по пути insulin/IGF-1, где PI3K продуцируют phosphatidylinositol - 3,4,5-trisphosphate , которые стимулируют функцию mTOR .
Не так хорошо изученным является следующий тип аутофагии - микро-аутофагия (microautophagy), при котором поглощение органелл производится непосредственно в лизосомные мембраны. Этот механизм
также является путём деградации органелл и долгоживущих белков, но, в отличие от макро-аутофагии, он не отвечает за адаптацию к недостатку питательных веществ.
Одной из конкретных форм микро-аутофагии является весьма избирательная деградация пероксисом (micropexophagy), описанная в дрожжах , как механизм адаптации к оксидативному стрессу.
Третий тип само-поедания является шаперон-ассоциированная аутофагия (CMA ). Несмотря на то, что этот путь также чувствителен к недостотку пит. веществ, в нём не происходит тотального поглощения органелл или избирательного распознавания субстрата. В CMA, белки цитоплазмы, которые содержат конкретные пента-пептидные мотивы, распознаваемые лизосомами (консенсус последовательность KFERQ) распознаются комплексом белков-шаперонов (в том числе теплового шока 73 кДа-белок, hsc73) и направляются к лизосомной мембране, где они взаимодействуют с белками, связанными с мембраной лизосом (LAMP) 2a. Субстратные белки затем разворачиваются и транспортируются в люмен лизосом для деградации.
Мотив KFERQ находится примерно в 30% белков цитоплазмы, включающих в том числе RNase А и амилоидные белки предшественники (APP). Интересно, что АРР могут быть связаны hsc73 (и, следовательно, скормлены СМА), когда основной путь их деградации заингибирован и данное взаимодействие происходит не через APP KFFEQ последовательности. Пока еще не ясно как KFERQ мотив распознается шапероновым комплексом.
Некоторые пост-трансляционные изменения субстратов (например, окисление или денатурация) могут сделать этот мотив более доступными для шаперонов, повышая уровень их лизосомного поглощения в CMA.

Аутофагия и апоптоз при клеточном старении

В большинстве случаев, аутофагия способствует выживанию клеток путем адаптации клеток к условиям стресса. В этом контексте парадоксально, что механизм аутофагии представляет из себя также не-апоптотическую программу клеточной гибели, которую называют "autophagic"или" тип-II" клеточной смертью.
Это основано на том, что некоторые случаи гибели клеток сопровождаются массовой аутофаговой вакуолязацией. Тем не менее, эти морфологические наблюдения не могут показать, сопровождается ли смерть клетки формированием аутофаговых вакуолей или клеточная гибель действительно осуществляется путём аутофагии. В самом деле, отношения между аутофагией и апоптозом являются сложными, и
именно то, что определяет, погибнет ли клетка путем апоптоза или по другому механизму по-прежнему остаётся неясным. В некоторых клеточных системах , аутофагия является единственным механизмом гибели, действуя в качестве резервного механизма исполнение смертного приговора, когда апоптоз в клетке просто заингибирован. И наоборот, если в процессе клеточного голодания заблокировать процесс аутофагии (например, припомощи малых интерферирующих РНК), то инициируется программа апоптоза .
В опухолевых клетках клеточных линий при воздействии на них цитотоксическими веществами, клетки предпочитают аутофагию, избегая апоптоз и клеточное старения. Опять же , белок p53 был определен в качестве одного из главных регуляторов определяющего направление, по которому пойдёт клетка. В стареющих и постмитотических клетках, аутофагия служит в качестве механизма адаптации к стрессу.
Было показано , что аутофагосомы накапливаются в стареющих фибробластах в целях содействия обновлению веществ цитоплазмы и её органелл. Точно так же в кардиомиоцитах , оптимальное функционирование митохондрий зависит от макро-аутофагии.
Работа одного типа аутофагии- CMA - снижается с возрастом, что увеличивает риск дегенерации нейронов, связанный с накоплением подверженных к аггрегации мутантных белков. Следует отметить , что нейродегенеративные заболевания, связанные с возрастом, имеют схожие характеристики с патологиями, вызванных нокаутом генов, связанных с аутофагией (atg) в головном мозге, такими как накопление убиквитинированных белков и телец включения в цитоплазме, увеличение апоптоза в нейронах и постепенная потеря нейрональных клеток.
Недостаток питательных веществ является наиболее часто используемым способом индуцирования аутофагии в культивируемых клетках, и действительно аутофагия это механизм, с помощью которого одноклеточные организмы (например дрожжевые клетки), а также клетки млекопитающих могут адаптироваться к истощающимся ресурсам.
В ходе деградации макромолекул высвобождается АТФ, что позволяет скомпенсировать отсутствие внешних источников питания. Важно отметить, что эта способность аутофагии может участвовать в продлении жизни организма за счёт ограничения в калорийности питания. Голодание или диетическое ограничение являются одним из сильнейших стимулов для запуска аутофагии по всему организму у мышей и нематод C.elegans.
В любопытном исследовании было показано , что выключение atg генов в C. elegans отменили эффекты противо-старения, которые наблюдались у особей в ходе ограничения калорий.
Точный механизм, посредством которого аутофагия уменьшает старение далеко не ясен. Тем не менее, можно предположить, что регулярное обновление цитоплазматических структур и молекул "очищает" и тем самым омолаживает клетки. Кроме того, аутофагия играет важную роль в поддержании стабильности генома посредством механизмов, которые еще не изучены.
Таким образом, общее увеличение уровня аутофагии может помочь избежать долгосрочных последствий повреждений ДНК, гипотеза , которая требует дальнейшего изучения.

Заключительные замечания

Эмбриогенез и развитие многоклеточных организмов являются результатом баланса между клеточной пролиферацией и клеточной смертью.
После дифференцировки тканей, ткани с пролиферирующими клетками и ткани с не-пролиферирующими клетками накапливают повреждения, которые существенны для поддержания жизни и ускоряющие старение.
В пролиферативных тканях, существуют два различных механизма, которые позволяют клеткам избежать прогрессирования поврежденных клеток в клетки рака: арест деления (процесс, известный как клеточное старение), либо запрограммированная клеточная гибель (апоптоз и, возможно, также массивная аутофагия). Кроме того, старение связано с возрастающим риском развития различных патологий, связанных с клеточными повреждениями.
В частности, нейродегенерация может развиться из-за снижения клеточных механизмов, которые направлены на удаление поврежденных элементов. Основной путь деградации цитоплазматических элементов – аутофагия, уровень которой, как сообщается, снижается с возрастом.
Стимулирование аутофагии путём ограничения калорийности питания может служить в качестве стратегии для того, чтобы избежать развития возрастно-зависимых болезней, как это было показано на C.elegans. Вместе с тем остается открытым вопрос о том, что может оказать положительное влияние на возрастные изменения в человеке: индукция аутофагии (периодическая или непрерывная) путем ограничения калорийности (перемежающейся или постоянной) или воздействие фармакологическими средствами.

Доска почёта

Craig B. Thompson
Chairman and Professor, Dept of Cancer Biology and Medicine
University of Pennsylvania.
Лаборатория Томпсона занимается регуляцией развития лейкоцитов, клеточной пролиферации, адаптации к стрессовым условиям, апоптозом. Одним из направлением является исследования эволюционного видоизменения многоклеточных организмов как механизма строгого контроля над процессами клеточной смерти и старения.

Russell T. Hepple , PhD

Associate Professor, Faculty of Kinesiology, University of Calgary, Canada
Лаборатория Хеппле занимается проблемами снижения функции мышечной ткани в свете регуляции клеточного старения и смерти.

Джуди Кампизи, Buck Institute for Age Research, Buck Institute
8001 Redwood Blvd.
Novato, CA 94945

Радиобиолог [b] работает в Институте биологии научного Центра Уральского отделения РАН в Сыктывкаре: занимается экологической генетикой.

  • Аутофагия - это биологический процесс, благодаря которому улучшается сопсобность организма к детоксикации, восстановлению и регенерации.
  • Активируя процесс аутофагии в своем организме, вы уменьшаете воспаление, замедляете процесс старения и оптимизируете биологические функции
  • Для того, что бы активизировать этот процесс, существует три правила: употребление продуктов с высоким содержанием жиров, низким углеводов и высоким содержанием клетчатки, периодическое голодание и регулярные физические упражнения, особенно упражнения высокой интенсивности

Размер текста:

От д-ра Меркола

Несмотря на множество различных способов избавить свой организм от накопленных токсинов – от детоксикации пищевых продуктов и химикатов и/или натуральных обезвреживающих веществ до сауны , важную роль играет биологический процесс под названием «аутофагия».

Термин «аутофагия» означает «самопоглощение» и означает процессы, с помощью которых ваш организм очищается от различного мусора, в том числе от токсинов, а также перерабатывает поврежденные клеточные компоненты.
Как объясняют на сайте Greatist:

«Ваши клетки создают мембраны, которые охотятся на остатки мертвых, больных или изношенных клеток; они пожирают эти остатки, раздирая их на части; а полученные молекулы используют для создания энергии или образования новых частей клетки».

Доктор Колин Чемп, профессиональный лучевой терапевт и доцент медицинского центра Университета Питтсбурга объясняет это так:

«Считайте это врожденной программой утилизации нашего организма. Благодаря аутофагии, мы более эффективно избавляемся от дефектных частей, останавливаем раковые новообразования, а также прекращаем такие нарушения метаболизма, как ожирение и диабет».

Усиливая процесс аутофагии в своем организме, вы уменьшаете воспаление, замедляете процесс старения и оптимизируете биологическую функцию.

Усиление аутофагии с помощью упражнений

Кроме того, важно понимать, какие углеводы мы имеем в виду, когда мы говорим о «низком их содержании», поскольку овощи – тоже «углеводы». Тем не менее, углеводы с клетчаткой (т.е. овощи) не будут толкать ваш метаболизм в неправильном направлении – на это способны только углеводы без клетчатки (имеется в виду сахар и все, что в него превращается: газированные напитки, обработанные зерновые, макаронные изделия, хлеб и печенье, например).

Еще более важно то, что клетчатка, не расщепленная сахаром, проходит по пищеварительному тракту, где ее потребляют бактерии в вашем кишечнике, и преобразуется в короткоцепочечные жиры, которые на самом деле полезны для здоровья.

Если вы посмотрите на питательную ценность, указанную на упаковке обработанных продуктов, вы увидите общее количество углеводов , а это, опять же, не то, о чем мы говорим. Чтобы рассчитать вредные углеводы без клетчатки, нужно отнять граммы клетчатки от общего количества граммов углеводов, содержащихся в данном продукте. Помните, вам нужны углеводы, но все они должны быть из овощей , которые также богаты клетчаткой.

Аутофагия восстанавливает функции стволовых клеток стареющих мышц

Уже давно известно, что мезенхимальные стволовые клетки (МСК) в скелетных мышцах являются важной частью процесса восстановления мышц. Предыдущие исследования показали, что физические упражнения влияют на поведение мышечных стволовых клеток и могут помочь предотвратить или даже восстановить связанную с возрастом потерю мышечной массы. МСК в мышечной ткани очень чувствительны к механическим нагрузкам, а эти стволовые клетки накапливаются в мышечной массе после физических упражнений.

Несмотря на то, что МСК напрямую не способствуют созданию новых мышечных волокон, они вырабатывают фактор роста, стимулирующий другие клетки к созданию новых мышц. Также известно, что с возрастом, в мышцах человека снижается количество МСК, как снижается и эффективность аутофагии. В результате, отходы метаболизма начинают накапливаться в клетках и тканях.

Недавнее исследование, проведенное в Испании, сообщает, что сателлитные клетки - мышечные стволовые клетки, ответственные за регенерацию тканей - полагаются на аутофагию с целью предупреждения остановки клеточного цикла, известного как клеточное старение(состояние, при котором значительно снижается активность стволовых клеток). Короче говоря, чтобы улучшить регенерацию мышечной ткани, необходимо усилить процесс аутофагии.

При эффективной аутофагии – внутреннем механизме очистки тела- стволовые клетки сохраняют способность сохранять и восстанавливать ткани.

Здоровье и долголетие неразрывно связаны с митохондриальной функцией

Я хочу, чтобы вы поняли: ваш образ жизни определяет вашу судьбу с точки зрения того, как долго вы будете жить и насколько, в конечном счете, будут здоровыми эти годы. Для оптимального здоровья и профилактики заболеваний вам нужны здоровые митохондрии и эффективная аутофагия (клеточное очищение и переработка), а также три ключевых фактора образа жизни, которые оказывают благотворное влияние на оба этих фактора:

  1. Что вы едите : рацион с высоким содержанием полезных жиров, умеренным содержанием белка и низким содержанием углеводов без клетчатки. Также важно употреблять органические продукты растительного и животного (от выпасных животных) происхождения, поскольку часто используемые пестициды, такие как глифосат вызывают повреждения митохондрий
  2. Когда вы едите : легче всего, как правило, придерживаться ежедневных периодических голоданий, но эффективным будет любой график, которого вы будете последовательно придерживаться

Физические упражнения , причем наиболее эффективны высокоинтенсивные

Похожие публикации