Starenje ćelije i biljnog organizma u celini. Kako dolazi do starenja ćelija?

Prošlo je više od 50 godina otkako je fenomen starenja ćelija dokazan u kulturama fibroblasta, ali je postojanje starih ćelija u telu dugo dovedeno u pitanje.

Nije bilo dokaza da starenje pojedinačnih ćelija igra važnu ulogu u starenju cijelog organizma. Poslednjih godina otkriveni su molekularni mehanizmi starenja ćelija i njihova povezanost sa rakom i upalom.

By moderne ideje, upala igra vodeću ulogu u nastanku gotovo svih bolesti povezanih sa starenjem, koje u konačnici dovode tijelo do smrti.

Pokazalo se da stare ćelije, s jedne strane, deluju kao supresori tumora (pošto nepovratno prestaju da se dele i smanjuju rizik od transformacije okolnih ćelija), as druge strane, specifični metabolizam starih ćelija može izazvati upalu i degeneracija susjednih prekanceroznih stanica u maligne.

Trenutno je u toku klinička ispitivanja lijekovi, selektivno eliminišući stare ćelije u organima i tkivima, čime se sprečavaju degenerativne promene u organima i rak.

Podjela ćelije. Ćelijski ciklus.

Hayflick limit

Teorija telomera starenja

Telomeraza je enzim koji je predviđen

· Genome Guardian

· O molekularnim mehanizmima starenja ćelija

Starenje ćelija i bolesti povezane sa starenjem

U ljudskom tijelu postoji oko 300 tipova ćelija i sve su podijeljene u dvije velike grupe: neke se mogu dijeliti i razmnožavati (odnosno, mitotički su kompetentne), dok se druge - postmitotične - ne dijele: to su neuroni koji se dostigli su ekstremnu fazu diferencijacije, kardiomiociti, zrnasti leukociti i drugi.

U našem tijelu postoje tkiva koja se obnavljaju, u kojima se nalazi skup stanica koje se neprestano dijele koje zamjenjuju istrošene ili umiruće ćelije. Takve ćelije se nalaze u crijevnim kriptama, u bazalnom sloju epitela kože i u koštanoj srži (hematopoetske stanice). Obnavljanje ćelija može se odvijati prilično intenzivno: na primjer, ćelije vezivnog tkiva u pankreasu se zamjenjuju svaka 24 sata, ćelije želučane sluznice - svaka tri dana, leukociti - svakih 10 dana, ćelije kože - svakih šest tjedana, proliferiraju se otprilike 70 g. ćelije tankog crijeva uklanjaju se iz tijela svaki dan.

Matične ćelije, koje postoje u gotovo svim organima i tkivima, sposobne su da se neograničeno dijele. Regeneracija tkiva nastaje zbog proliferacije matičnih ćelija koje se ne samo mogu dijeliti, već i diferencirati u ćelije tkiva čija regeneracija dolazi. Matične ćelije se nalaze u miokardu, u mozgu (u hipokampusu i olfaktornim lukovicama) i u drugim tkivima. Ovo obećava mnogo za liječenje neurodegenerativnih bolesti i infarkta miokarda.

Stalno obnavljanje tkiva pomaže produžiti životni vijek. Kada se ćelije dijele, dolazi do podmlađivanja tkiva: nove stanice dolaze na mjesto oštećenih, dok se popravak (eliminacija oštećenja DNK) intenzivnije odvija i regeneracija je moguća u slučaju oštećenja tkiva. Nije iznenađujuće da kralježnjaci imaju znatno duži životni vijek od beskičmenjaka - istih insekata čije se stanice ne dijele kao odrasli.

Ali u isto vrijeme, obnavljajuća tkiva su podložna hiperproliferaciji, što dovodi do stvaranja tumora, uključujući i maligne. To se događa zbog disregulacije diobe stanica i povećane stope mutageneze u stanicama koje se aktivno dijele. Prema savremenim konceptima, da bi ćelija stekla svojstvo maligniteta potrebno joj je 4-6 mutacija*. Mutacije se retko dešavaju, a da bi ćelija postala kancerogena - ovo je izračunato za ljudske fibroblaste - mora da se desi oko 100 deoba (ovaj broj deoba se obično javlja kod ljudi oko 40. godine).

* - Vrijedi, međutim, podsjetiti da su mutacije različite mutacije, a prema najnovijim genomskim istraživanjima, u svakoj generaciji osoba dobije oko 60 novih mutacija (koje nisu bile u DNK njegovih roditelja). Očigledno je da večina od njih je prilično neutralna (vidi “Pređeno preko hiljadu: treća faza ljudske genomike”). - Ed.

Kako bi se zaštitilo od samog sebe, tijelo je razvilo posebne mehanizme supresije ćelijskog tumora. Jedna od njih je replikativno starenje ćelija (starenje), koje se sastoji od ireverzibilnog zaustavljanja ćelijske deobe u G1 fazi. ćelijski ciklus. Kako ćelija stari, prestaje da se deli: ne reaguje na faktori rasta i postaje otporan na apotozu.

Hayflick limit

Fenomen starenja ćelija prvi su otkrili 1961. godine Leonard Hayflick i kolege koristeći kulturu fibroblasta. Ispostavilo se da su ćelije u kultivisanim ljudskim fibroblastima dobri usloviŽive ograničeno vrijeme i sposobni su da se udvostruče otprilike 50±10 puta - i ovaj broj je postao nazvan Hayflickom granicom. Prije Hayflickovog otkrića, prevladavalo je mišljenje da su ćelije besmrtne, a starenje i smrt su svojstvo organizma u cjelini.

Ovaj koncept se smatrao nepobitnim uglavnom zbog Carrelovih eksperimenata, koji je održavao kulturu ćelija kokošjeg srca 34 godine (odbačena je tek nakon njegove smrti). Međutim, kako se kasnije ispostavilo, besmrtnost Carrelove kulture je bila artefakt, jer su zajedno sa fetalnim serumom, koji je dodan u medijum kulture za rast ćelija, tamo dospele i same embrionalne ćelije (i, najverovatnije, Carrelova kultura je bila više nije ono što je bilo na početku).

Ćelije raka su zaista besmrtne. Tako, HeLa ćelije, izolovane 1951. iz tumora grlića materice Henriette Lacks*, i dalje koriste citolozi (posebno, vakcina protiv poliomijelitisa razvijena je pomoću HeLa ćelija). Ove ćelije su čak bile u svemiru.

* - Za fascinantnu priču o besmrtnosti Henriette Lacks, pogledajte članak “The Immortal Cells of Henrietta Lacks”, kao i “The Descendants of HeLa Cells”. - Ed.

Kako se ispostavilo, Hayflickova granica ovisi o dobi: što je osoba starija, manje puta se njegove ćelije udvostručuju u kulturi. Zanimljivo je da smrznute ćelije, kada se odmrznu i potom uzgajaju, izgleda da pamte broj podjela prije zamrzavanja. U stvari, unutar ćelije postoji „brojač podjela“ i nakon dostizanja određene granice (Hajflikova granica), ćelija prestaje da se deli i postaje starija. Stare (stare) ćelije imaju specifičnu morfologiju - velike su, spljoštene, sa velikim jezgrima, visoko vakuolizirane, a njihov profil ekspresije gena se mijenja. U većini slučajeva otporni su na apoptozu.

Međutim, starenje tijela ne može se svesti samo na starenje stanica. Ovo je mnogo složeniji proces. U mladom tijelu postoje stare ćelije, ali ih je malo! Kada se s godinama stare ćelije nakupljaju u tkivima, počinju degenerativni procesi koji dovode do bolesti povezanih sa starenjem. Jedan od faktora ovih bolesti je i takozvana senilna “sterilna” upala, koja je povezana sa ekspresijom proinflamatornih citokina od strane starih ćelija.

Drugi važan faktor biološko starenje - struktura hromozoma i njihovi vrhovi - telomeri.

Telomere su krajevi hromozoma. Pošto ljudi imaju 23 para hromozoma (odnosno 46 komada), postoje 92 telomera.

Teorija telomera starenja

Godine 1971., naš sunarodnik Aleksej Matvejevič Olovnikov sugerirao je da je Hayflickova granica povezana s "nedovoljnom replikacijom" terminalnih dijelova linearnih hromozoma (imaju posebno ime - telomeri). Činjenica je da se u svakom ciklusu ćelijske diobe telomeri skraćuju zbog nemogućnosti DNK polimeraze da sintetizira kopiju DNK sa samog vrha. Osim toga, Olovnikov je predvidio postojanje telomeraze (enzim koji dodaje ponavljajuće sekvence DNK na krajeve hromozoma), na osnovu činjenice da bi u suprotnom u ćelijama koje se aktivno dijele DNK brzo "pojela" i genetski materijal bi se izgubio. . (Problem je u tome što aktivnost telomeraze blijedi u većini diferenciranih ćelija.)

Telomeri igraju važnu ulogu: stabilizuju krajeve hromozoma, koji bi inače, kako kažu citogenetičari, postali „lepljivi“, tj. podložan raznim hromozomskim aberacijama, što dovodi do degradacije genetskog materijala. Telomere se sastoje od ponovljenih (1000-2000 puta) sekvenci (5'-TTAGGG-3'), što ukupno daje 10-15 hiljada parova nukleotida na svakom hromozomskom vrhu. Na 3' kraju, telomeri imaju prilično dug jednolančani DNK dio (150-200 nukleotida), koji je uključen u formiranje petlje tipa laso. Nekoliko proteina je povezano s telomerima i formiraju zaštitnu "kapu" - ovaj kompleks se naziva shelterin. Shelterin štiti telomere od djelovanja nukleaza i adhezije i, po svemu sudeći, upravo on čuva integritet kromosoma.

Nezaštićene krajeve hromozoma ćelija doživljava kao oštećenje genetskog materijala, što aktivira popravku DNK. Telomerni kompleks, zajedno sa shelterinom, "stabilizira" vrhove hromozoma, štiteći cijeli kromosom od uništenja. U starim ćelijama, kritično skraćivanje telomera to remeti zaštitna funkcija stoga počinju da se stvaraju hromozomske aberacije koje često dovode do maligniteta. Kako bi se to spriječilo, posebni molekularni mehanizmi blokiraju diobu stanica, a stanica ulazi u stanje starenja - nepovratno zaustavljanje ćelijskog ciklusa. U ovom slučaju, ćelija garantovano neće moći da se reprodukuje, što znači da neće moći da formira tumor. U stanicama s oštećenom sposobnošću starenja (koje se razmnožavaju uprkos disfunkciji telomera) nastaju hromozomske aberacije.

Ponovljena dioba stanica u odsustvu aktivnosti telomeraze dovodi do skraćivanja telomera i replikacijskog starenja.

Dužina telomera i brzina njihovog skraćivanja zavise od starosti. Kod ljudi, dužina telomera varira od 15 hiljada parova nukleotida (kb) pri rođenju do 5 kb. at hronične bolesti. Dužina telomera je maksimalna u dobi od 18 mjeseci, a zatim se brzo smanjuje na 12 kb. do pete godine. Nakon toga, brzina skraćivanja se smanjuje.

Telomere se nalaze na krajevima hromozoma i sastoje se od tandemskih TTAGGG ponavljanja koji se završavaju 32-mernim jednolančanim prevjesom. S telomernom DNK je povezan shelterin, kompleks od šest proteina: TRF1, TRF2, RAP1, TIN2, TPP1 i POT1.

Telomere se skraćuju različiti ljudi različitim brzinama. Dakle, na ovu brzinu u velikoj meri utiče stres. E. Blackburn (dobitnik Nobelove nagrade za fiziologiju i medicinu 2009.) otkrio je da žene koje su stalno pod stresom (na primjer, majke kronično bolesne djece) imaju znatno kraće telomere u odnosu na svoje vršnjakinje (za desetak godina!). Laboratorija E. Blackburna razvila je komercijalni test za određivanje “biološke starosti” ljudi na osnovu dužine telomera.

Zanimljivo je da miševi imaju veoma dugačke telomere (50-40 kb, u poređenju sa 10-15 kb kod ljudi). Kod nekih sojeva laboratorijskih miševa, dužina telomera doseže 150 kb. Štaviše, kod miševa je telomeraza uvek aktivna, što sprečava skraćivanje telomera. Međutim, kao što svi znaju, to ne čini miševe besmrtnim. Ne samo to, već razvijaju tumore mnogo većom stopom od ljudi, što sugerira da skraćivanje telomera kao odbrambeni mehanizam tumora ne funkcionira kod miševa.

Upoređujući dužinu telomera i aktivnost telomeraze kod različitih sisara, pokazalo se da vrste koje karakterizira replikativno starenje stanica imaju duži životni vijek i veću težinu. To su, na primjer, kitovi, čiji životni vijek može doseći 200 godina. Za takve organizme, replikativno starenje je jednostavno neophodno, jer previše podjela stvara mnoge mutacije protiv kojih se mora nekako boriti. Pretpostavlja se da je replikativno starenje takav mehanizam borbe, koji je takođe praćen potiskivanjem telomeraze.

Starenje diferenciranih ćelija odvija se različito. I neuroni i kardiomiociti stare, ali se ne dijele! Na primjer, u njima se nakuplja lipofuscin, senilni pigment koji remeti funkcioniranje stanica i pokreće apoptozu. Masnoća se nakuplja u ćelijama jetre i slezene kako starimo.

Veza između replikativnog starenja ćelija i starenja organizma, striktno govoreći, nije dokazana, ali starosnu patologiju prati i starenje ćelija. Maligne neoplazme starije osobe su uglavnom povezane s obnovljenim tkivima. Rak u razvijenim zemljama jedan je od glavnih uzroka morbiditeta i mortaliteta, a nezavisan faktor rizika za rak je jednostavno... starost. Broj umrlih od tumorskih bolesti eksponencijalno raste s godinama, kao i ukupna smrtnost. Ovo nam govori da postoji fundamentalna veza između starenja i karcinogeneze.

Telomeraza je enzim koji je predviđen

Mora postojati mehanizam u tijelu koji kompenzira skraćivanje telomera, ovu pretpostavku je iznio A.M. Olovnikov. Zaista, 1984. je takav enzim otkrila Carol Gradery i nazvala ga telomeraza. Telomeraza je reverzna transkriptaza koja povećava dužinu telomera, nadoknađujući njihovu nedovoljnu replikaciju. Godine 2009. E. Blackburn, K. Grader i D. Shostak dobili su Nobelovu nagradu za otkriće ovog enzima i niz radova o proučavanju telomera i telomeraze (“The “The “theless” Nobel Prize: in 2009, work na telomere i telomerazu je nagrađen”).

Telomeraza sadrži katalitičku komponentu (TERT reverzna transkriptaza), telomerazu RNA (hTR ili TERC), koja sadrži dvije kopije telomernog ponavljanja i predstavlja šablon za sintezu telomera, i protein diskerin.

Prema E. Blackburnu, telomeraza je uključena u regulaciju aktivnosti oko 70 gena. Telomeraza je aktivna u germinalnim i embrionalnim tkivima, u matičnim i proliferirajućim ćelijama. Nalazi se u 90% kancerozni tumori, što osigurava nekontrolisanu proliferaciju ćelija raka. Trenutno, među lijekovima koji se koriste za liječenje raka, postoji inhibitor telomeraze. Ali u većini somatskih ćelija odraslog organizma telomeraza nije aktivna.

Ćelija se može dovesti u stanje starenja mnogim podražajima - disfunkcija telomera, oštećenje DNK, koje može biti uzrokovano mutagenim utjecajima okoline, endogenim procesima, jakim mitogenim signalima (prekomjerna ekspresija onkogena Ras, Raf, Mek, Mos, E2F-1 itd.), poremećaji hromatina, stres, itd. U stvari, ćelije prestaju da se dele – postaju stare – kao odgovor na događaje koji mogu da izazovu rak.

Genome Guardian

Disfunkcija telomera, koja se javlja kada su skraćene ili je poremećen shelterin, aktivira protein p53. Ovaj faktor transkripcije dovodi ćeliju u stanje starenja ili uzrokuje apoptozu. U nedostatku p53 razvija se nestabilnost hromozoma, karakteristična za humane karcinome. Mutacije u proteinu p53 nalaze se u 50% adenokarcinoma dojke i u 40-60% kolorektalnih adenokarcinoma. Stoga se p53 često naziva "čuvarom genoma".

Telomeraza se reaktivira u većini tumora epitelnog porijekla koji se javljaju kod starijih osoba. Smatra se da je reaktivacija telomeraze važan korak u malignim procesima jer omogućava ćelijama raka da “prkose” Hayflickovom limitu. Disfunkcija telomera potiče fuziju hromozoma i aberacije, što u nedostatku p53 najčešće dovodi do maligniteta.

Ćelijski ciklus je podeljen u četiri faze: 1. G1 (presintetički) - period kada se ćelija priprema za replikaciju DNK. U ovoj fazi može doći do zaustavljanja ćelijskog ciklusa ako se otkrije oštećenje DNK (tokom popravka). Ako se otkriju greške u replikaciji DNK i one se ne mogu ispraviti popravkom, ćelija ne ulazi u S.2 fazu. S (sintetički) - kada dođe do replikacije DNK.3. G2 (postsintetički) - priprema ćelije za mitozu, kada se proverava tačnost replikacije DNK; ako se otkriju nedovoljno replicirani fragmenti ili drugi poremećaji u sintezi, ne dolazi do prijelaza u sljedeću fazu (mitoza). 4. M (mitoza) - formiranje ćelijskog vretena, segregacija (divergencija hromozoma) i formiranje dve ćelije kćeri (sama deoba).

Odnos između starenja ćelija i starenja organizma.

O molekularnim mehanizmima starenja ćelija

Da bismo razumjeli molekularne mehanizme prijelaza stanice u stanje starenja, podsjetit ću vas kako dolazi do diobe ćelije.

Proces reprodukcije ćelija naziva se proliferacija. Vrijeme koje ćelija živi od diobe do diobe naziva se ćelijski ciklus. Proces proliferacije regulišu i sama ćelija – autokrini faktori rasta – i njeno mikrookruženje – parakrini signali.

Aktivacija proliferacije se događa kroz ćelijsku membranu, koja sadrži receptore koji percipiraju mitogene signale - to su uglavnom faktori rasta i međućelijski kontaktni signali. Faktori rasta su obično peptidne prirode (do danas ih je poznato oko 100). To su, na primjer, faktor rasta trombocita koji učestvuje u formiranju tromba i zacjeljivanju rana, faktor rasta epitela, razni citokini - interleukini, faktor nekroze tumora, faktori stimulacije kolonija itd. Jednom kada se proliferacija aktivira, ćelija izlazi iz G0 faze mirovanja i ćelijski ciklus počinje.

Ćelijski ciklus je reguliran ciklin zavisnim kinazama, koje su različite za svaku fazu ćelijskog ciklusa. Aktiviraju ih ciklini i inaktiviraju brojni inhibitori. Svrha ovako složene regulacije je da se osigura sinteza DNK sa što manje grešaka, tako da ćelije kćeri imaju apsolutno identičan nasljedni materijal.

Ispravnost kopiranja DNK provjerava se na četiri „kontrolne tačke“ ciklusa: ako se otkriju greške, ćelijski ciklus se zaustavlja i aktivira se popravak DNK. Ako se oštećenje strukture DNK može ispraviti, ćelijski ciklus se nastavlja. Ako ne, bolje je za ćeliju da "počini samoubistvo" (apoptozom) kako bi izbjegla mogućnost da postane kancerogena.

Molekularne mehanizme koji dovode do ireverzibilnog zaustavljanja ćelijskog ciklusa kontrolišu geni supresori tumora, uključujući p53 i pRB, koji su povezani sa inhibitorima kinaze zavisnih od ciklina. Supresiju ćelijskog ciklusa u G1 fazi vrši protein p53, koji djeluje preko inhibitora ciklin zavisne kinaze p21.

Transkripcijski faktor p53 aktivira se oštećenjem DNK, a njegova funkcija je da iz skupa replicirajućih ćelija ukloni one koje su potencijalno onkogene (otuda i nadimak p53 - „čuvar genoma“). Ovu ideju podržava činjenica da se mutacije p53 nalaze u ~50% malignih tumora. Druga manifestacija aktivnosti p53 povezana je s apoptozom najoštećenijih stanica.

Starenje ćelija i bolesti povezane sa starenjem

Stareće ćelije se akumuliraju sa godinama i doprinose bolestima povezanim sa starenjem. Smanjuju proliferativni potencijal tkiva i iscrpljuju bazen matičnih stanica, što dovodi do degenerativnih poremećaja tkiva i smanjuje sposobnost regeneracije i obnavljanja.

Stareće ćelije karakteriše specifična ekspresija gena: luče inflamatorne citokine i metaloproteinaze koje uništavaju međućelijski matriks. Ispostavilo se da stare stanice osiguravaju tromu senilnu upalu, a nakupljanje starih fibroblasta u koži uzrokuje smanjenje sposobnosti zacjeljivanja rana vezano za starenje. Stare ćelije takođe stimulišu proliferaciju i malignitet obližnjih prekanceroznih ćelija putem lučenja epitelnog faktora rasta.

Stareće ćelije se akumuliraju u mnogim ljudskim tkivima i prisutne su u aterosklerotskim plakovima, kožnim ulkusima, artritisnim zglobovima, te u benignim i preneoplastičnim hiperproliferativnim lezijama prostate i jetre. Kada su kancerogeni tumori zračeni, neke ćelije također ulaze u stanje starenja, čime se osiguravaju recidivi bolesti.

Dakle, ćelijsko starenje pokazuje učinak negativne pleiotropije, čija je suština da ono što je dobro za mladi organizam može postati loše za stari. Najupečatljiviji primjer su procesi upale. Izražena upalna reakcija doprinosi brzom oporavku mladog organizma kada zarazne bolesti. U starijoj dobi aktivni upalni procesi dovode do bolesti povezanih sa starenjem. Danas je općeprihvaćeno da upala igra odlučujuću ulogu u gotovo svim bolestima vezanim za starenje, počevši od neurodegenerativnih.

Ispostavilo se da je to paradoks: starenje ćelija u mladom telu štiti od raka, ali ga u starom telu podstiče!

Trenutno u SAD klinika Mayo provodi istraživanje o efektu "eliminacije" starih ćelija iz tijela. Dobiveni su ohrabrujući rezultati kod životinja u pogledu produženog životnog vijeka i usporenja kliničke manifestacije bolesti povezane sa starenjem ako se stare ćelije - dobri građani, ali loši susjedi - selektivno eliminiraju iz tkiva starih životinja.

Danas je članak posvećen jednoj od najperspektivnijih tehnologija protiv starenja - suzbijanju ćelijskog starenja, odnosno borbi protiv stanica starenja. Oslobađanje tijela od senescentnih stanica može vjerovatno značajno smanjiti ćelijsko starenje tijela i možda preokrenuti one koje su se već pojavile spoljni znaci starenje organizma – odnosno spolja.

Ćelijsko starenje i starenje ćelija - ZOMBI ĆELJE

Stareće, odnosno starenje ćelija, jedan su od 7 uzroka ljudskog starenja, što je formulisao Aubrey de Grey u svom konceptu SENS (strategija inženjeringa zanemarivog starenja). Više o tome možete pročitati u članku:

Naše matične ćelije se dele tokom života, obnavljajući naše mišiće, krvni sudovi, a posebno kože i krvnih stanica koje se najbrže obnavljaju. Ali u ovom procesu, hromozomi ovih matičnih ćelija gube telomere. Kada hromozomi imaju telomere koje su prekratke, ćelija postaje „stareća“; prestaje da se deli; takođe se može nazvati kavez za zombi - više ne obavlja funkcije žive ćelije, ali ni ne umire. Stareće ćelije nisu samo trome i umiru, one zapravo truju obližnja tkiva (stvaraju više starih ćelija) i truju telo proizvodeći hemijske signale (citokine) koji izazivaju hronične upalni proces takođe ubrzava starenje. Ovo se zove SASP, „sekretorni fenotip povezan sa starenjem“; ovaj fenomen se primećuje kada se tumori raka unište tokom lečenja karcinoma; više detalja o tome možete pronaći u naučnoj studiji PUBMED https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4166495/ . Mali broj starenja ćelija može da napravi veliku štetu.

Najbolje je pokušati usporiti stvaranje takvih ćelija u tijelu, postoji niz metoda za to, ali o tome ću govoriti u posebnom članku.

Van Daursenovo otkriće brzo je preuzelo pola tuceta različitih laboratorija širom svijeta. Cilj je bio pronaći lijek koji bi napao 0,01% ostarjelih ćelija u tijelu, ostavljajući 99,99% neostarjelih ćelija neoštećenim.

Prvi kandidati za ovu ulogu bili su kombinacija dva lijeka: kvercetina (prirodno biljno jedinjenje) i dasatiniba, koji se prodaje pod robnom markom Sprycel kao lijek za kemoterapiju za onkološke bolesti. Klasa lijekova za uništavanje senescentnih stanica zvala se senolitici („otapala starosti“, od latinskog senesco - stariti i grčkog lysis - rastvaranje, propadanje). Kvercetin uništen stare ćelije u endotelu (odnosno formiranom u unutrašnjem zidu arterija i krvnih žila), i dasatinib - senescentne matične ćelije u masnom tkivu.

Ubijte stare ćelije u sebi pre nego što one ubiju vas - senolitički lekovi

Šta se može uraditi u praksi? Vrijedi li pokušati koristiti kvercetin i dasatinib. Nažalost, dasatinib je preskup lijek - gotovo ga je nemoguće kupiti; kvercetin se može kupiti na IHERB-u i isprobati za upotrebu. Ali odvojene studije provedene na sisarima nisu pokazale produženje života kod miševa kada se koristi kvercetin. IN Prva objavljena studija 1982 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0531556582900274 nije pokazao produženje života, i, možda čak blago skraćenje životnog vijeka kod miševa - mužjaci. Steven Spindler je u studiji iz 2013. pokazao da kvercetin nema nikakvog efekta na životni vijek miševa. http://online.liebertpub.com/doi/abs/10.1089/rej.2012.1386

Stvari ne izgledaju previše obećavajuće, ali su nove. Naučno istraživanje objavljeno krajem marta 2017. godine donosi mnogo pozitivnosti na temu borbe ćelijskog starenja i uništenje stare ćelije.

Objavljeno istraživanje http://www.nature.com/nature/journal/v543/n7647/full/543593a.htmlpokazala je da posebno dizajnirani peptid može podmladiti stare miševe - miševi su bili ekvivalentni starosti osobe od 90 godina.

Pieter de Keyser sa Medicinskog centra Univerziteta Erasmus u Rotterdamu, u Nizozemskoj, i njegove kolege razvili su peptid koji ometa vezivanje između proteina FOXO4 i p53, interakciju koja inače inhibira "samouništenje" u stanicama koje stare. Primjena peptida preokrenula je pad funkcije bubrega kod starijih miševa i poništila gubitak težine i oštećenje jetre uzrokovano lijekovima za kemoterapiju kod miševa. Kod miševa sa preranim starenjem, tretman peptidom je doveo do ponovnog rasta dlake koja je prethodno otpala za samo 10 dana i udvostručio je koliko daleko životinje mogu trčati.

Činilo se da peptid ima malo efekta na normalne ćelije, vjerovatno zato što FOXO4 nedostaje specifično u besmislenim ćelijama. Istraživači se sada spremaju testirati sigurnost svog molekula u ljudskom tijelu.

Općenito, uništavanje senescentnih stanica možda nije uvijek potpuno bezbedno, jer se, na primer, zarastanje rana dešava upravo uz pomoć senescentnih ćelija, pa se senolitičke lekove treba uzimati s oprezom, na šta upozoravaju autori studije. ; prvo, žele da testiraju razvijeni peptid na njegovu sposobnost da se bori protiv raka, a zatim da ga testiraju na mogućnost upotrebe za lečenje starenja kod 90-godišnjih ljudi.

Predlažem da pogledate zanimljiv video u kojem se posebno spominju stare ćelije i načini borbe protiv njih, a spominje se i goli krtinjak.

zaključci

Korištenje senolitika za uništavanje starenja stanica je jedna od najperspektivnijih ideja za produženje života i usporavanje ćelijskog starenja koja trenutno postoji. Mnoge laboratorije širom svijeta rade na obećavajućim lijekovima za uništavanje senescentnih stanica u tijelu - senoliticima. Do sada je dostupan samo 1 senolitik koji se može kupiti na IHERB-u - kvercetin. Postoje dva načina, od kojih svako mora izabrati za sebe: eksperimentirati s upotrebom kvercetina ili čekati da drugi više uđu na tržište efikasni lekovi, koji je možda već testiran na ljudima.

Ćelijsko starenje- fenomen koji se obično povezuje sa gubitkom sposobnosti ćelije da se deli ( Hayflick limit). Ovaj proces se još naziva i replikativno starenje. U literaturi na ruskom jeziku pod pojmom ćelijskog starenja podrazumijeva se i smanjenje funkcionalne aktivnosti ćelija kako se njihova starost povećava.

Stareće ćelije mogu ostati održive dugo vremena. Često nakon zaustavljanja podjele i kočenja ćelijski ciklus oni to ne shvataju programirana ćelijska smrt. Obično ih uništavaju ćelije imunološki sistem. Starenjem tijelo nakuplja stare ćelije, vjerovatno zbog pogoršanja funkcija imunološkog sistema.

Stareće ćelije mogu uticati i na susjedne ćelije i na cijelo tijelo oslobađanjem određenih signalnih molekula. Ovaj uticaj je raznovrstan, nedovoljno proučen i generalno prilično negativan. Čini se da je ćelijsko starenje jedan od mehanizama starenja u tijelu.

Mehanizam ćelijskog starenja

Skraćivanje telomera

Treba napomenuti da u ćelijama pacijenata Hutchinson-Guilfordov sindrom(dječje progeria) Hayflickova granica je značajno smanjena. Slična slika se opaža i kod pacijenata Wernerov sindrom(progerija odraslih). U ovom slučaju, pacijenti normalno žive do 17-18 godina, ali počinju brzo stariti nakon prelaska ovog praga. Telomere kod ovakvih pacijenata su normalne dužine, ali zbog mutacija njihova DNK je osjetljivija na uništavanje od DNK zdrave osobe.

Prema drugom modelu, u mladim ćelijama dugi telomeri se još uvek nalaze u regionu heterohromatin. Kako se telomeri skraćuju, region heterohromatina uključuje sve više subtelomerne DNK, gde, moguće, postoji određeni supresorski gen koji potiskuje program ćelijskog starenja. Inaktivacija ovog gena uključivanjem u region heterohromatina dovodi do pokretanja procesa starenja.

Uloga fosfoinozitid 3-kinaze

Inhibicija PI3K u ljudskoj kulturi fibroblasti dovodi do inhibicije njihove proliferacije. Ćelije pokazuju znakove karakteristične za stare ćelije: aktivacija beta-galaktozidaza, povećati ekspresija gena kolagenaze i supresije ekspresije specifičnog markera proliferirajućih fibroblasta, gena EPC-1 ( engleski nivo cDNK ranog udvostručavanja populacije 1) .

Znakovi ćelijskog starenja

Promjena odgovora na faktore rasta

Kako ćelije stare, njihova sposobnost da odgovore na određene vanjske podražaje se smanjuje. Učinak djelovanja faktori rasta , hormoni i drugih stimulativnih agenasa na starim ćelijama je mnogo niža nego na mladim ćelijama sposobnim za aktivnu deobu. Toksini , antibiotici , radijacije a toplotni šok, naprotiv, jače djeluju na njih.

Poznato je da ćelijska kultura pacijenata koji pate od sindroma preranog starenja kao što su progerija i Wernerov sindrom daje značajno manji odgovor na stimulaciju insulin , serum i faktori koji nisu ćelije zdravi ljudi.

Receptorni sistem ćelija se ne menja značajno sa starenjem. Dakle, smanjenje ćelijskog odgovora na faktore rasta nije povezano sa smanjenjem broja njihovih receptora.

Zaustavljanje ćelijskog ciklusa

Kako ćelije stare, dolazi do nepovratne blokade ćelijskog ciklusa. Još uvijek nije poznat tačan mehanizam koji sprječava ćeliju da uđe u S fazu. Međutim, primećuje se da tokom proliferativnog starenja ćelija nema ekspresije nekih gena koji obezbeđuju progresiju ćelijskog ciklusa. Ekspresija je potisnuta u senescentnim ćelijama ciklini , Cdk2 , faktor rasta sličan insulinu 1(IGF-1), kao i neki drugi faktori. Istovremeno, ne egzogenih faktora, uključujući IGF-1, ne može dovesti "staru" ćeliju iz stanja nesposobnosti za podjelu.

Postoji mišljenje da su apoptoza i prelazak ćelija u fazu mirovanja alternativa odbrambena reakcija na djelovanje štetnih agenasa i neophodni su za prevenciju onkogena transformacija ćelija. Ako oštećena stanica iz ovog ili onog razloga ne krene u apoptozu ili ćelijsko starenje, može postati maligna.

Ćelijsko starenje i rak

Bolesti povezane sa starošću podijeljene su u dvije široke kategorije. Prvu grupu čine bolesti povezane sa gubitkom funkcije, uglavnom degenerativne bolesti (npr. Alchajmerova bolest , Parkinsonova bolest , sarkopenija , makularna degeneracija itd.). Drugu grupu čine bolesti povezane sa povećanom funkcijom ( BPH ,ateroskleroza i drugi). Najpoznatiji i najsmrtonosniji od njih je rak. Faktor rizika za obrazovanje maligni tumor su uticaj genetskih faktora i okoline, ali najznačajniji od njih je faktor zrelosti Dob. Vjerojatnost nastanka tumora raste gotovo nakon 50 godina eksponencijalno. Prvo, to je zbog činjenice da se s godinama nakupljaju mutacije, promicanje tumorigeneze. Dokaz za to je, na primjer, onaj kod ljudi s mutacijama u genima koje uzrokuju rak, formiranje tumora dolazi u rane godine. Također genetska nestabilnost (destabilizacija hromozoma, izmjena sestrinskih hromatida, aneuploidija , mutacije I amplifikacija gena, klonska heterogenost, neoplastična transformacija) mogu uticati tumorigeneza. Drugo, akumulacija senescentnih ćelija stvara okruženje pogodno za nastanak tumora. Mikrookruženje normalnog tkiva može potisnuti sposobnost mutiranih ćelija raka da se razmnožavaju i prežive, tako da tumorske ćelije često moraju biti u stanju da modifikuju okruženje okolnog tkiva. Međutim, samo tkivno mikrookruženje može imati pro-kancerogeno stanje, bez obzira na prisustvo ćelija raka. Pojava ovog stanja može biti uzrokovana Dob. Mehanizam kojim Dob uzrokuje stanje povoljno za onkogenezu, multifaktorno je i nije u potpunosti shvaćeno. Jedan od ovih faktora je starenje ćelija. Na primjer, oštećenje ili stres koji izlaže proliferirajuću ćeliju riziku od maligne transformacije izaziva ćelijsko starenje štiteći stanice od rak. Vezano je za posao p53 i p16INK4a/pRB, koji je najznačajniji antitumorski mehanizam. Stoga je za tumorigenezu neophodna genetska (mutagena) ili epigenetska inaktivacija ovog efikasnog mehanizma.

Tumor se može formirati iz ćelija koje eksprimiraju telomeraza(Na primjer, matične ćelije), i iz ćelija koje to ne rade. U ćelijama gde telomeraza odsutan, skraćivanje telomere može uzrokovati replikativno starenje, koje ima za cilj spriječiti razvoj rak. I obrnuto, kratko telomere može dovesti do povećane genetske nestabilnosti i, shodno tome, do stvaranja tumora. I u ćelijama koje eksprimiraju telomeraza, isključivanje može uzrokovati genetsku nestabilnost.

Međutim, ćelijsko starenje također može uzrokovati razvoj rak. U početku se ova ideja čini paradoksalno, ali evolutivno teorija antagonističke pleiotropije propisuje da biološki proces može biti koristan ili štetan, ovisno o tome Dob. Većina životinja se razvija u uslovima koji obiluju smrtonosnom spoljašnjom opasnošću ( predatori , infekcije , glad itd.). U ovim uslovima, starija osoba je retkost i samim tim selekcija naspram procesa koji kasnijim fazamaživota doprinose nastanku bolesti, slaba je. To jest, izbjegavaju utjecaj procesa prirodna selekcija. Dakle, biološki proces koji je bio neophodan za razvoj izdržljivosti kod mladog organizma (na primjer, suzbijanje tumorske formacije) može biti štetan za zreli organizam (uzrokujući bolesti pozne dobi, uključujući rak) .

vidi takođe

Književnost

Bilješke

1. Fernandes P. B., Panos C. Mikrobni izolat bez zida iz ljudske biopsije bubrega. (engleski) // Časopis za kliničku mikrobiologiju. - 1977. - Vol. 5, br. 1 . - str. 106-107. - PMID 833264.[ispraviti]
2. Campisi J., "Adda di Fagagna F.Ćelijsko starenje: kada se loše stvari dešavaju dobrim ćelijama. (engleski) // Nature Reviews. Molekularna biologija ćelije. - 2007. - Vol. 8, br. 9 . - P. 729-740. - DOI:10.1038/nrm2233 . - PMID 17667954.[ispraviti]
3. Harley C. B., Futcher A. B., Greider C. W. Telomere se skraćuju tokom starenja ljudskih fibroblasta. (engleski) // Nature. - 1990. - Vol. 345, br. 6274. - P. 458-460. - DOI:10.1038/345458a0 . - PMID 2342578.[ispraviti]
4. Harley C. B., Vaziri H., Counter C. M., Allsopp R. C. Telomerna hipoteza ćelijskog starenja. (engleski) // Eksperimentalna gerontologija. - 1992. - Vol. 27, br. 4 . - P. 375-382. - PMID 1459213.[ispraviti]
5. Kim N. W., Piatyszek M. A., Prowse K. R., Harley C. B., West M. D., Ho P. L., Coviello G. M., Wright W. E., Weinrich S. L., Shay J. W. Specifična povezanost aktivnosti ljudske telomeraze s besmrtnim stanicama i rakom. (engleski) // Science (New York, N.Y.). - 1994. - Vol. 266, br. 5193. - P. 2011-2015. - PMID 7605428.[ispraviti]
6. Morris J. Z., Tissenbaum H. A., Ruvkun G.

Ovaj pregled ocrtava mehanizme replikativnog starenja somatskih ćelija sisara, uticaj starih ćelija na okolna tkiva i ljudsko telo, te patologije povezane sa disfunkcijom telomera.

Uvod.

Ćelije koje su ušle u stanje replikativnog starenja karakteriziraju se skupom bioloških markera. Najočigledniji marker je zaustavljanje ćelijskog ciklusa u G1 fazi. Zaustavljanje ćelijskog ciklusa tokom replikativnog starenja je ireverzibilan proces u smislu da čak ni faktori rasta ne mogu stimulisati ćelije na podelu. Stare ćelije ostaju metabolički aktivne i mogu ostati održive u suštini neograničeno. Važna komponenta ove stabilnosti može biti otpornost starih ćelija na apoptozu.

Pored ireverzibilnog zaustavljanja rasta ćelija, stare ćelije prolaze kroz karakteristične promene u morfologiji: postaju veće, ravnije i zrnaste. U literaturi, ove ćelije se često karakterišu ekspresijom b-galaktozidaze povezane sa starenjem, koja je aktivna pri pH 6. Lizosomalna hidrolaza β-galaktozidaza je normalno aktivna pri pH 4. Kada ćelije u kulturi uđu u stanje replikativnog starenja , broj ćelija u kojima je galaktozidaza aktivna pri pH 6.

Nedavno su naučnici otkrili specifičnije biološke markere za određivanje replikativnog starenja, koji se mogu podijeliti u nekoliko kategorija. (1) Komponente signalnih puteva koji induciraju i održavaju stanje starenja (npr. indukcija inhibitora kinaze zavisnih od ciklina p16 i p21); (2) markeri genotoksičnog stresa (kao što su mjesta oštećenja DNK i njihova kolokalizacija sa telomerima); (3) pojava karakterističnog tipa fakultativnog heterohromatina povezanog sa starenjem; (4) lučenje određenih inflamatornih citokina i faktora modifikacije tkiva.

U klasičnoj verziji termin<репликативное старение >koristi se za opisivanje ireverzibilnog zaustavljanja ćelijskog ciklusa povezanog s disfunkcijom telomera, posebno s njihovim skraćivanjem. U posljednje vrijeme, međutim, naučnici sve više koriste pojam u širem smislu. Naime, ovaj termin se koristi za opisivanje starenja izazvanog stresom. To se objašnjava činjenicom da određene vrste stresa mogu izazvati disfunkciju telomera, uključujući njihovo skraćivanje, što zauzvrat dovodi do istih mehanizama kao kod klasičnog replikacijnog starenja. Ovaj kompas će opisati mehanizme ćelijskog starenja povezane s disfunkcijom telomera, odnosno mehanizme replikativnog starenja u svojoj klasičnoj verziji.

Telomere su najvažniji elementi genoma.

Telomere su specijalizovane terminalne strukture hromozoma koje se sastoje od DNK i proteina. Telomere omogućavaju ćelijama da razlikuju krajeve hromozoma od dvostrukih prekida DNK. Otvoreni krajevi hromozoma prolaze kroz degradaciju, rekombinaciju ili spajanje kroz popravku DNK. Degradacija hromozoma dovodi do gubitka genetskih informacija i, ako se ovaj proces ne spriječi, do smrti stanice. Rekombinacija može dovesti do preuređivanja, bilo do smanjenja ili povećanja dužine telomera, što može prerano započeti ili, obrnuto, zaustaviti starenje stanica. Adhezija telomera dovodi do formiranja dicentričnih hromozoma (hromozom sa dve centromere), koji se uništavaju tokom mitoze, stvarajući dodatne dvolančane lomove DNK i nestabilnost genoma u celini. Stoga, bez telomera, genetske informacije mogu biti izgubljene, podvrgnute preuređenju ili postati nestabilne.

Zbog brojnih procesa (na primjer, oštećenje DNK, ponovljene diobe stanica u odsustvu aktivne telomeraze, promjene u proteinima povezanim s telomerom), telomeri mogu biti izgubljeni ili postati nefunkcionalni. Kao odgovor na disfunkcionalne ili oštećene telomere, ćelije mogu umrijeti, proći kroz starenje, koje je praćeno zaustavljanjem ćelijskog ciklusa, ili dobiti brojne mutacije. Takvi efekti svakako mogu imati duboke efekte na cijeli organizam, posebno na složene organizme koji sadrže i mitotičke i postmitotične stanice. Sada je pouzdano poznato da disfunkcionalne telomere mogu doprinijeti razvoju tumora. Međutim, tokom razvoja tumora, da bi preživjele, ćelije raka moraju steći mehanizme za stabilizaciju i obnavljanje funkcije telomera. S druge strane, postoje dokazi da disfunkcionalni telomeri mogu potaknuti starenje stanica i inducirati razvoj patologija povezanih sa starenjem, kao npr. vaskularne bolesti, slabo zacjeljivanje rana i imunološko starenje. Štaviše, u određenim tkivima stabilizacija telomera može, pod određenim uslovima, sprečiti ili usporiti razvoj procesa povezanih sa starenjem.

Sastav i struktura telomera. Telomerna DNK.

Telomeri sisara sastoje se od jednostavne sekvence, 5-TTAGGG-3, koja se ponavlja stotine do hiljade puta na svakom kraju hromozoma. Većina regiona telomera je dvolančana DNK, ali kraj svakog telomera je jednolančani 3G rep. Ovaj rep je supstrat za telomerazu, ćelijsku reverznu transkriptazu koja može dodati telomernu DNK na kraj hromozoma. Struktura telomera štiti G rep od degradacije i, u određenoj mjeri, od neregulisanog izduživanja telomerazom.

Dužina TTAGGG regiona varira od vrste do vrste. Na primjer, ljudski telomeri su veličine 10-15 kb (kilobaza), dok laboratorijski miševi (Mus musculus) imaju duže (>30 kb) i heterogenije telomere. S druge strane, telomeri srodne vrste miševa (Mus spretus) su nešto kraći od onih kod ljudi. Dužina telomera takođe varira između različitih somatskih ćelija istog organizma.

Da li je ukupna dužina telomera važna za njegovu funkciju? Poređenje životnog veka različitih vrsta životinja pokazalo je da dužina telomera nema mnogo uticaja na starenje ćelija ili organizma. Dakle, Homo sapiens i Mus spretus imaju telomere gotovo iste dužine, ali se u isto vrijeme značajno razlikuju u brzini razvoja tumora i vremenu starenja. Naprotiv, laboratorijski miševi Mus musculus imaju duže telomere od njihovih divljih rođaka Mus spretus, međutim, sve ove vrste imaju gotovo isti životni vijek. Vjerovatno je da telomerna funkcija ovisi o strukturi kao cjelini, a ne samo o njenoj dužini.

Identificirano je nekoliko proteina koji su povezani s telomerima sisara. Oni regulišu strukturu i kontrolišu dužinu telomera. Neki su povezani isključivo s telomerima, dok su drugi lokalizirani u drugim nuklearnim ili ćelijskim odjeljcima.

Kod sisara, dva proteina, TRF1 i TRF2, vezuju se direktno i specifično za dvolančanu telomernu DNK, a treći protein, POT1, specifično se vezuje za jednolančani G-rep. TRF2 i POT1 su posebno važni za stabilizaciju strukture telomera i zaštitu krajeva hromozoma od degradacije i agregacije. Dva dodatna proteina povezana sa telomerom kod sisara, TIN2 i hRAP1, takođe su specifično lokalizovana za telomere, ali ne direktno, već kroz vezivanje za TRF1 i TRF2, respektivno. Ovi proteini, zajedno sa TRF1, kontrolišu dužinu telomera. Oni ne djeluju kao telomeraza, već regulišu telomernu strukturu i stoga mogu omogućiti pristup telomerazi G repu. TRF1, hRAP1 i TIN2 također pomažu u stabilizaciji strukture telomera.

Dvije neklasične poli-ADP ribozne polimeraze (PARPs), TANK1 i TANK2, enzimi koji se obično povezuju s popravkom DNK i održavanjem stabilnosti hromozoma, također stupaju u interakciju s TRF1. Njihova uloga u održavanju strukture i funkcionalnosti telomera još nije u potpunosti shvaćena.

Nedavno je otkriveno da je nekoliko poznatih proteina uključenih u popravku DNK također lokalizirano u blizini telomera. Jedan primjer je Ku, komponenta DNK zavisne protein kinaze (DNA-PK) koja se vezuje za kraj i koja je važna za popravak dvolančanih prekida nehomolognim spajanjem krajeva (NHEJ). Dakle, DNK-PK, pored svoje uloge u popravci DNK, može igrati ulogu u održavanju telomera. Ovu ideju podržavaju nedavni podaci koji pokazuju da je DNK-PK, zajedno sa TRF2, potreban za specifičnu obradu telomera nakon njihove replikacije u S fazi. Štaviše, RMN kompleks, važan za popravku DNK, može funkcionirati u blizini telomera. Kod sisara, ovaj kompleks je povezan sa telomerima, barem tokom S faze.

Struktura telomera.

Nedavno je pokazano da krajevi telomera formiraju veliku petlju nalik lasou zvanu t petlja. Telomerne t petlje su izolirane od miševa, ljudi i protozoa, što ukazuje na evolucijski očuvanu strukturu. Kod miševa i ljudi, veličina t petlje korelira s dužinom telomera, u rasponu od 3 kb u normalnim ljudskim limfocitima do 18 kb u stanicama jetre miša. Protozoe, naprotiv, imaju manje (1 kb) t petlje, uprkos dužini telomera od 10-20 kb.

Formiranje telomernih t petlji zavisi od TRF2. Osim toga, formiranje i/ili održavanje telomernih t petlji je stabilizirano drugim proteinima povezanim s telomerom, posebno TRF1 i TIN2. Kako t petlje štite telomere od degradacije i adhezije i regulišu dužinu telomera? Poznato je da je G rep zakopan u telomernu dvolančanu DNK na spoju t petlje i repa. Dakle, t petlja može pružiti strukturu koja nije prepoznatljiva<концов>DNK i stoga nema sličnosti sa dvostrukim lomovima. Takođe može zaštititi G-rep od degradacije i ograničiti pristup telomeraze njegovom supstratu. Prekid t petlje rezultira ćelijskim odgovorom koji, barem u nekim slučajevima, liči na ćelijski odgovor na dvostruke prekide DNK.

Molekularni mehanizmi replikativnog starenja.

Telomere se skraćuju sa svakim ciklusom udvostručavanja genoma, odnosno sa svakom diobom ćelije. Minimalna stopa skraćivanja telomera u ljudskim ćelijama je 30-50 parova baza po deobi. Progresivno skraćivanje telomera na kraju dovodi do skraćivanja telomera do kritične dužine ili izaziva promene u strukturi telomera, što dovodi do gubitka proteina koji vezuju telomere i posledično aktivacije procesa starenja. U prilog ovoj hipotezi ide činjenica da dodatna ekspresija katalitičke podjedinice telomeraze (TERT) može spriječiti skraćivanje telomera i preokrenuti zaustavljanje rasta ćelija posredovano starenjem. Nasuprot tome, utvrđeno je da inhibicija telomeraze u besmrtnim stanicama ograničava njihov replikativni životni vijek. Međutim, većina ćelija ne eksprimira telomerazu i reaguje na disfunkciju telomera ireverzibilnim zaustavljanjem ćelijskog ciklusa.

Mehanizmi pomoću kojih se prepoznaju skraćeni telomeri i aktivira program starenja još nisu u potpunosti shvaćeni. Predloženo je nekoliko hipoteza za učinak skraćivanja telomera na starenje, uključujući indukciju odgovora na oštećenje DNK i aktivaciju normalno tihog<генов старения>, lokalizirana u subtelomernim regijama.

Naučnici su preduzeli veliki trud kako bi se objasnili molekularni mehanizmi starenja. Tako su identifikovani geni čija se ekspresija menja tokom starenja ćelije. Međutim, još nije dokazano da li su ove promjene u ekspresiji gena uzrok ili posljedica starenja. Istraživanja molekularni mehanizmi starenje je komplikovano činjenicom da starenje nije jedinstveno ćelijski proces. Mehanizmi starenja značajno se razlikuju u ćelijama koje potiču iz razne vrsteživotinje. Na primjer, za razliku od ljudskih fibroblasta, mišji fibroblasti eksprimiraju telomerazu i imaju vrlo duge telomere, ali nakon nekoliko pasaža u kulturi, mišji fibroblasti počinju stariti, što je neovisno o skraćivanju telomera i moguće posredovano oksidativnim stresom. Čak i različite vrste ćelija dobijene od iste životinje mogu se značajno razlikovati u mehanizmima starenja. Ljudski fibroblasti počinju stariti nakon ograničenog broja staničnih dioba u kulturi, a ekspresija telomeraze ukida ovaj proces. Nasuprot tome, ljudske epitelne ćelije dojke brzo ulaze u stanje zaustavljanja rasta ćelija, koje nije povezano sa skraćivanjem telomera, već je posredovano aktivacijom inhibitora kinaze zavisne od ciklina p16. Subpopulacija ćelija sa inaktiviranim p16 izlazi iz stanja zastoja i nastavlja da se deli sve dok ne dođe do sekundarnog zaustavljanja rasta ćelija, što je ovaj put povezano sa skraćivanjem telomera. Ove razlike odražavaju razlike u ekspresiji brojnih gena u ovim starim ćelijama, što sugeriše da postoji više puteva do starenja. Međutim, različiti putevi starenja konvergiraju na dva proteina, p53 i pRb.

Putevi replikativnog starenja.

p53-p21 put.

Studije u kojima je aktivnost ili ekspresija p53 inhibirana različitim pristupima jasno su utvrdila njegovu specifičnu ulogu u starenju. Inaktivacija p53 može odgoditi, iako ne i poništiti, replikativno starenje u ljudskim stanicama. U starim ćelijama, nivoi mRNA p53 i proteina su uglavnom nepromijenjeni, ali p53 postaje fosforiliran i njegova aktivnost kao transkripcionog faktora raste sa starenjem. Kako se p53 aktivira skraćivanjem telomera ostaje nejasno. Nedavni rezultati ukazuju na to da kritično kratki telomeri, koji su izgubili svoju strukturu i povezanost s regulatornim proteinima, indukuju ćelijski odgovor sličan onom izazvanom oštećenjem DNK, što dovodi do aktivacije ATM/ATR i Chk1/Chk2, što zauzvrat, dovode do fosforilacije i aktivacije p53.

Jedna od meta p53 je inhibitor ciklin zavisnih kinaza, p21. Ekspresija p21 se povećava tokom replikativnog starenja, a njena aktivacija zavisi od signala iniciranih skraćivanjem telomera, pošto ekspresija TERT blokira ovu aktivaciju. Utvrđeno je da se ekspresija p21 tokom replikativnog starenja reguliše pomoću dva mehanizma, p53-zavisnog i p53-nezavisnog. Prekomjerna ekspresija p21 inducira zaustavljanje rasta stanica u nekim stanicama, dok brisanje p21 može odgoditi zaustavljanje povezano sa starenjem. Zajedno, ove studije sugeriraju da funkcije p53 u starenju uključuju, barem djelomično, indukciju p21.

p16-pRb put.

Otkriće markera povezanih sa starenjem u područjima gdje se razvijaju patologije povezane sa starenjem daje dodatne osnove za pretpostavku da postoji veza između ćelijskog starenja i starenja tijela. Nekoliko grupa istraživača pružilo je dokaze za prisustvo starih endotelnih ćelija u aterosklerotskim plakovima. Promjene u ekspresiji gena u starim stanicama su faktori u razvoju ateroskleroze. Također je pronađena veza između ćelijskog starenja i druge bolesti povezane sa starenjem, osteoartritisa. Stare ćelije su pronađene u klasterima hondrocita u blizini osteoartritične lezije. Normalno, nivo prometa hondrocita u hrskavici je nizak, ali se povećava kako bolest napreduje, što zauzvrat doprinosi trošenju telomera. Karakteristična bolest starijih muškaraca je benigna hiperplazija prostate, koju karakterizira rast tranzicijske zone prostate zbog proliferacije epitelnih i stromalnih stanica. Zanimljivo je da je ova proliferacija posledica prisustva starih epitelnih ćelija koje se nalaze u ovoj oblasti. Ove ćelije luče citokine IL-1 i IL-8, koji stimulišu lučenje stromalnih faktora rasta, što zauzvrat indukuje proliferaciju nonsenscentnih epitelnih ćelija. Dakle, prisustvo starih ćelija može podstaći napredovanje susednih prekanceroznih ćelija, a time i razvoj raka u starim tkivima.

S druge strane, kao što je već spomenuto, ćelijsko starenje može zaštititi tijelo sisara od tumora. Međutim, ako ćelijsko starenje također doprinosi starenju organizma, vjerovatno je to primjer evolucijski antagonističke pleiotropije. Ova teorija sugerira da su određene karakteristike evoluirale kao odbrambeni mehanizmi višećelijskih organizama, posebno sisari, optimalni su za mlade organizme, ali mogu imati loš uticaj na starim organizmima. Zaustavljanje ćelijskog ciklusa povezano sa ćelijskim starenjem može biti upravo karakteristika koja suzbija razvoj tumora kod mladih osoba. Nasuprot tome, izmijenjene funkcije starih stanica mogu imati štetne učinke na starije organizme. Čini se da su ovi štetni efekti prisutni iu mladim tkivima, ali pošto je broj starih ćelija kod mladih osoba mali, njihovi štetni efekti nisu sistemski. Kako tijelo stari, stare ćelije se akumuliraju. Moguće je da nakupljanje ovih ćelija sa izmenjenim funkcijama i sekretornim profilom dovodi do fiziološke promjene i do narušavanja integriteta tkiva i tijela u cjelini.

Sekretorni profil starih ćelija može poremetiti mikrookruženje tkiva, što je važno za suzbijanje rasta i proliferacije ćelija sa onkogenim mutacijama. Dakle, oštećenje, disfunkcija telomera ili greške u mitogenoj signalizaciji mogu dovesti do nakupljanja starih ćelija, ali njihovi efekti mogu postati značajni i štetni tek kasnije u životu, kada se akumuliraju u dovoljnom broju. Budući da se broj ćelija s onkogenim mutacijama povećava s godinama, povećava se vjerovatnoća da će naići na stare stanice kod starijih ljudi. Ako se to dogodi, stare ćelije stvaraju mikrookruženje koje potiče povećanu proliferaciju i malignu transformaciju mutantnih ćelija. Stoga, uprkos zaštiti tumora kod mladih organizama, ćelijsko starenje izazvano disfunkcijom telomera može potaknuti progresiju tumora kod starijih organizama.

Replikativno starenje kao glavni mehanizam za razvoj preranog starenja organizma.

Pokazalo se da je nekoliko ljudskih bolesti povezano s neodgovarajućim skraćivanjem telomera. Iako se takve patologije mogu donekle razlikovati u svojoj manifestaciji, sve one dovode do preranog starenja i rane smrti tijela. Trenutno su poznata tri sindroma koja su uzrokovana mutacijama gena koji kodiraju holoenzime telomeraze: dyskeratoza congenita, aplastična anemija i neki slučajevi idiopatske plućne fibroze. Bolesnici koji boluju od dyskeratosis congenita su niskog rasta, pate od nerazvijenosti reproduktivnog sistema i neplodnosti, imaju defekte kože i hematopoetskog sistema i obično umiru od nedostatka ćelija koštane srži. Mnoge od ovih patologija se također razvijaju kod miševa koji su nokautirali telomerazu. Nedavno prepoznat sindrom, idiopatska plućna fibroza, je hipertrofična, smrtonosna bolest povezana s progresivnim ožiljcima na plućima koji rezultiraju plućnom insuficijencijom.
Pokazalo se da su ljudski segmentni progeroidni sindromi povezani sa ćelijskim starenjem, a ćelije dobijene od takvih pacijenata obično imaju ograničenu održivost in vitro. Najviše proučavani su Wernerov sindrom, ili progerija odraslih, i Hutchinson-Gilfordov sindrom, odnosno progerija djece. Wernerov sindrom je autosomno recesivni poremećaj uzrokovan mutacijama gena WRN, koji kodira helikaze iz porodice RecQ, koje su uključene u popravku i transkripciju DNK. Pacijenti s Wernerovim sindromom pokazuju gerijatrijski fenotip koji karakterizira sijeda kosa, ćelavost, bilateralna katarakta, dijabetes tipa 2, reproduktivna nerazvijenost, osteoporoza i ateroskleroza; Očekivano trajanje života takvih pacijenata u prosjeku nije više od 47 godina, a uzrok smrti je obično razvoj raka ili vaskularne bolesti. Hutchinson-Gilfordov sindrom je autosomno dominantni poremećaj uzrokovan mutacijom LMNA gena koji kodira lamin A/C, što rezultira ekspresijom varijante spajanja progerina. Pacijenti koji pate od Hutchinson-Gilfordovog sindroma također pokazuju gerijatrijski fenotip, uključujući vrlo nizak rast, karakteristične crte lica starosti, gubitak kose, lipodistrofiju, sklerodermu, osteolizu i aterosklerozu; smrt se javlja u prosjeku u dobi od 12 godina, kao posljedica infarkta miokarda ili moždanog udara. Iako su genetski defekti kod Wernerovog sindroma i Hutchinson-Gilfordovog sindroma različiti, predstavljeni su dokazi da je u oba slučaja povećano ćelijsko starenje povezano s povećanom stopom skraćivanja telomera.

Wernerov sindrom

Zaključak.

Prije više od 45 godina napravljena su velika otkrića u razumijevanju molekularnih mehanizama starenja ćelija. Međutim, još uvijek postoje pitanja na koja je nauka teško odgovoriti. Jedno od glavnih pitanja do danas je potreba za traženjem bioloških markera pomoću kojih bi se mogla precizno razlikovati stanica u stanju replikativnog starenja od normalne ćelije u fazi mirovanja. Parametri koji se trenutno koriste u ove svrhe su vrlo nespecifični. Kao što je gore spomenuto, to uključuje nepovratno zaustavljanje rasta stanica, promjene u morfologiji (spljoštenje, povećanje i granulacija ćelija), kao i pozitivno bojenje na β-galaktozidazu povezanu sa starenjem, aktivnu pri pH6. Međutim, što se tiče morfoloških karakteristika, one su vrlo subjektivne. Ekspresija β-galaktozidaze, aktivne pri pH6, moguća je ne samo zbog starenja, već i zbog drugih procesa koji se odvijaju u ćeliji i tkivu. Zbog toga je potreban nedvosmislen i specifičan marker ili markeri, a dok takav marker ne postane dostupan, biće teško tačno odrediti prisustvo i broj starih ćelija in vivo. Nedavna otkrića o ekspresiji gena otvorila su nove mogućnosti naučnicima koji proučavaju starenje kako bi identificirali i karakterizirali specifične markere starenja.

Proučavanje uloge ćelijskog starenja u raznim patologijama vezanim za starenje postaje sve popularnija tema. Kao što je već spomenuto, sada postoje uvjerljivi eksperimentalni dokazi koji pokazuju povezanost između povećane stope ćelijskog starenja i povećanog starenja tijela. U kojoj mjeri ćelijsko starenje doprinosi prirodnoj dugovječnosti kod različitih životinjskih vrsta trenutno ostaje nepoznato. Vjerovatno je da je ćelijsko starenje jedan od nekoliko (ili mnogih?) faktora koji utiču ili doprinose starenju tijela.

Sa izuzetkom puteva p53-p21 i p16-pRb, malo se zna o komponentama genetskih puteva starenja. Identificirani su mnogi geni čije promjene u ekspresiji u starim stanicama, ali ostaje nepoznato da li su te promjene u ekspresiji gena uzrok ili posljedica procesa starenja. Identifikacija i karakterizacija novih genetskih komponenti puteva starenja mogla bi pružiti uvid u molekularne mehanizme starenja i također pružiti neophodni alati za modulaciju puteva starenja in vivo. Imajući sposobnost manipulisanja procesom starenja in vivo, biće moguće spriječiti ili barem usporiti razvoj patološka stanja povezan sa promenama u telu koje su povezane sa godinama.

8. Chen J.-H., Hales C.N., Ozanne S.E. "Oštećenje DNK, ćelijsko starenje i starenje organizma: uzročno ili korelativno?"

9. Campisi J. “Stareće ćelije, supresija tumora i starenje organizma: dobri građani, loši susjedi.”

10. Jeyapalan J.C., Sedivy J.M. "Ćelijsko starenje i starenje organizma".

11. Shay J.W., Wright W.E. "Starenje i imortalizacija: uloga telomera i telomeraze".