Priame delenie starnúcich buniek je tzv. Starnutie buniek tela. Existujú štyri hlavné typy tkanín

Bunkové starnutie- jav, ktorý je zvyčajne spojený so stratou schopnosti bunky deliť sa (Hayflickov limit). Tento proces sa tiež nazýva replikatívna starnutie. V ruskojazyčnej literatúre sa pod pojmom starnutie buniek rozumie aj znižovanie funkčnej aktivity buniek s pribúdajúcim vekom.

Senescentné bunky môžu zostať životaschopné po dlhú dobu. Často po zastavení delenia a inhibícii bunkového cyklu u nich nedochádza k programovanej bunkovej smrti. Zvyčajne ich ničia bunky imunitného systému. S pribúdajúcim vekom sa v tele hromadia staré bunky, pravdepodobne v dôsledku zhoršenia funkcií imunitného systému.

Starnúce bunky môžu ovplyvňovať susedné bunky aj celé telo uvoľňovaním určitých signálnych molekúl. Tento vplyv je rôznorodý, nedostatočne preskúmaný a vo všeobecnosti skôr negatívny. Zdá sa, že starnutie buniek je jedným z mechanizmov starnutia v tele.

Mechanizmus bunkového starnutia

Skrátenie telomér

Treba poznamenať, že v bunkách od pacientov s Hutchinsonovým-Gilfordovým syndrómom (infantilná progéria) je Hayflickov limit výrazne znížený. Podobný obraz sa pozoruje u pacientov s Wernerovým syndrómom (progéria dospelých). V tomto prípade pacienti bežne žijú až 17-18 rokov, ale po prekročení tejto hranice začnú rýchlo starnúť. Teloméry u takýchto pacientov majú normálnu dĺžku, ale v dôsledku mutácií je ich DNA citlivejšia na deštrukciu ako DNA zdravého človeka.

Podľa iného modelu sa v mladých bunkách dlhé teloméry stále nachádzajú v oblasti heterochromatínu. Ako sa teloméry skracujú, oblasť heterochromatínu zahŕňa stále viac a viac subtelomérnej DNA, kde sa pravdepodobne nachádza určitý supresorový gén, ktorý potláča program starnutia buniek. Inaktivácia tohto génu jeho zahrnutím do heterochromatínovej oblasti vedie k iniciácii procesu starnutia.

Úloha fosfoinozitid-3-kinázy

Inhibícia PI3K v kultivovaných ľudských fibroblastoch vedie k inhibícii ich proliferácie. Bunky vykazujú znaky charakteristické pre senescentné bunky: aktiváciu beta-galaktozidázy, zvýšenú expresiu génu kolagenázy a potlačenie expresie špecifického markera proliferujúcich fibroblastov, génu EPC-1. skorá hladina cDNA zdvojnásobenia populácie 1) .

Známky bunkového starnutia

Zmena reakcie na rastové faktory

Ako bunky starnú, ich schopnosť reagovať na určité vonkajšie podnety klesá. Účinok rastových faktorov, hormónov a iných stimulačných činidiel na staré bunky je oveľa nižší ako na mladé bunky schopné aktívneho delenia. Toxíny, antibiotiká, žiarenie a teplotný šok na ne, naopak, silnejšie pôsobia.

Je známe, že kultivované bunky od pacientov trpiacich syndrómami predčasného starnutia, ako je progéria a Wernerov syndróm, produkujú výrazne nižšiu odozvu na stimuláciu inzulínom, sérom a inými faktormi ako bunky od zdravých jedincov.

Receptorový systém buniek sa starnutím výrazne nemení. Zníženie bunkovej odpovede na rastové faktory teda nie je spojené so znížením počtu ich receptorov.

Zastavenie bunkového cyklu

Ako bunky starnú, dochádza k nevratnému zablokovaniu bunkového cyklu. Presný mechanizmus, ktorý bráni bunke vstúpiť do fázy S, stále nie je známy. Je však potrebné poznamenať, že počas proliferatívneho starnutia buniek nedochádza k expresii niektorých génov, ktoré zabezpečujú progresiu bunkového cyklu. V senescentných bunkách je potlačená expresia cyklínov, Cdk2, inzulínu podobného rastového faktora 1 (IGF-1) a niekoľkých ďalších faktorov. Zároveň žiadne exogénne faktory, vrátane IGF-1, nedokážu vyviesť „starú“ bunku zo stavu neschopnosti deliť sa.

Existuje názor, že apoptóza a prechod buniek do pokojového štádia sú alternatívou obranná reakcia na pôsobenie poškodzujúcich činidiel a sú nevyhnutné na prevenciu onkogénnej transformácie buniek. Ak poškodená bunka z jedného alebo druhého dôvodu neprejde do apoptózy alebo bunkovej starnutia, môže sa stať malígnou.

Bunkové starnutie a rakovina

Choroby spojené so starobou sú rozdelené do dvoch širokých kategórií. Prvú skupinu tvoria ochorenia spojené so stratou funkcie, najmä degeneratívne ochorenia (napríklad Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba, sarkopénia, makulárna degenerácia atď.). Druhú skupinu tvoria ochorenia spojené so zvýšenou funkciou (adenóm prostaty, ateroskleróza a iné). Najznámejšia a najsmrteľnejšia z nich je rakovina. Rizikovými faktormi pre vznik zhubného nádoru sú vplyv genetických faktorov a životné prostredie, no najvýraznejší z nich je faktor zrelého veku. Pravdepodobnosť vzniku nádoru sa zvyšuje takmer exponenciálne po dosiahnutí veku 50 rokov. Po prvé, je to spôsobené tým, že mutácie, ktoré prispievajú k tumorigenéze, sa hromadia s vekom. Dôkazom toho je napríklad to, že u ľudí s mutáciami v génoch, ktoré spôsobujú rakovinu, dochádza k tvorbe nádorov v r. nízky vek. Onkogenézu môže ovplyvniť aj genetická nestabilita (destabilizácia chromozómov, výmena sesterských chromatíd, aneuploidia, mutácie a amplifikácie génov, klonálna heterogenita, neoplastická transformácia). Po druhé, akumulácia starnúcich buniek vytvára prostredie priaznivé pre tvorbu nádorov. Normálne tkanivové mikroprostredie môže potlačiť schopnosť mutovaných rakovinových buniek proliferovať a prežiť, takže nádorové bunky musia byť často schopné modifikovať okolité tkanivové prostredie. Samotné tkanivové mikroprostredie však môže mať prokarcinogénny stav bez ohľadu na prítomnosť rakovinových buniek. Vek môže prispieť k výskytu tohto stavu. Mechanizmus, ktorým vek vyvoláva stav priaznivý pre tumorigenézu, je multifaktoriálny a nie je úplne objasnený. Jedným z týchto faktorov je starnutie buniek. Napríklad zranenie alebo stres, ktorý vystavuje proliferujúcu bunku riziku malígnej transformácie, vyvoláva starnutie buniek a chráni bunky pred rakovinou. Je to vďaka práci p53 a p16INK4a/pRB, čo je najvýznamnejší protinádorový mechanizmus. Preto je pre tumorigenézu nevyhnutná genetická (mutagénna) alebo epigenetická inaktivácia tohto účinného mechanizmu.

Nádor sa môže vytvoriť buď z buniek, ktoré exprimujú telomerázu (napríklad kmeňové bunky), alebo z buniek, ktoré neexprimujú telomerázu. V bunkách, ktorým chýba telomeráza, môže skrátenie telomér spôsobiť replikatívne starnutie, ktoré má zabrániť rozvoju rakoviny. Naopak, krátke teloméry môžu viesť k zvýšenej genetickej nestabilite a následne k tvorbe nádorov. A v bunkách exprimujúcich telomerázu môže jej vypnutie spôsobiť genetickú nestabilitu.

Avšak starnutie buniek môže spôsobiť aj rozvoj rakoviny. Táto myšlienka sa na prvý pohľad zdá byť paradoxná, ale evolučná teória antagonistickej pleiotropie stanovuje, že biologický proces môže byť v závislosti od veku buď prospešný alebo škodlivý. Väčšina zvierat sa vyvíja v podmienkach ohrozených vonkajším smrteľným nebezpečenstvom (predátori, infekcie, hladovanie atď.). Za týchto podmienok je starší jedinec vzácnosťou, a preto existuje malá selekcia proti procesom, ktoré podporujú ochorenie neskôr v živote. To znamená, že sa vyhýbajú vplyvu procesu prirodzeného výberu. Biologický proces, ktorý bol nevyhnutný pre rozvoj vytrvalosti u mladého organizmu (napríklad potlačenie tvorby nádorov), môže byť pre zrelý organizmus škodlivý (spôsobovať choroby neskorého veku vrátane rakoviny).

pozri tiež

Literatúra

Poznámky

1. Fernandes P. B., Panos C. Bezstenový mikrobiálny izolát z biopsie ľudskej obličky. (anglicky) // Journal of Clinical microbiology. - 1977. - Sv. 5, č. 1. - S. 106-107. - PMID 833264.[opraviť]
2. Campisi J., "Adda di Fagagna F. Bunková starnutie: keď sa dobrým bunkám dejú zlé veci. (anglicky) // Recenzie prírody. Molekulárna bunková biológia. - 2007. - Zv. 8, č. 9. - S. 729-740. - DOI:10.1038/nrm2233. - PMID 17667954.[opraviť]
3. Harley C. B., Futcher A. B., Greider C. W. Teloméry sa počas starnutia ľudských fibroblastov skracujú. (anglicky) // Nature. - 1990. - Zv. 345, č. 6274. - S. 458-460. - DOI:10.1038/345458a0. - PMID 2342578.[opraviť]
4. Harley C. B., Vaziri H., Counter C. M., Allsopp R. C. Telomérová hypotéza starnutia buniek. (anglicky) // Experimentálna gerontológia. - 1992. - Sv. 27, č. 4. - S. 375-382. - PMID 1459213.[opraviť]
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.Špecifická asociácia aktivity ľudskej telomerázy s nesmrteľnými bunkami a rakovinou. (anglicky) // Science (New York, N.Y.). - 1994. - Zv. 266, č. 5193. - S. 2011-2015. - PMID 7605428.[opraviť]
6. Morris J.Z., Tissenbaum H.A., Ruvkun G.

Monografia známeho indického špecialistu v oblasti gerontológie, venovaná zmenám, ktoré nastávajú so starnutím v štruktúre a funkciách chromatínu, enzýmovej aktivite, štruktúre kolagénu a jeho syntéze, imunite a endokrinné systémy. Zvažuje sa aj starnutie buniek a moderné teórie starnutia.

Určené pre biológov, biochemikov, gerontológov a geriatrov.

kniha:

Skoré štúdie bunkových kultúr sa uskutočnili na fibroblastoch kuracích embryí. Ebeling v spolupráci s Alexisom Carrelom ako prvý uviedol, že fibroblasty sa nepretržite množia v médiu obsahujúcom extrakt z kuracích buniek. To naznačuje, že bunky oslobodené od fyziologickej kontroly môžu žiť donekonečna, to znamená stať sa nesmrteľnými, a že ich obmedzená dĺžka života závisí od faktorov, ktoré sú organizmu vlastné. Výsledky tejto práce však nebolo možné reprodukovať modernými metódami pestovania. Nepretržitá proliferácia fibroblastov bola zjavne spôsobená pridaním čerstvých buniek do média spolu s extraktom. Neskôr sa zistilo, že bunky v kultúre niekedy nadobúdajú patologické znaky – mení sa ich počet chromozómov a práve tieto bunky sú schopné kontinuálneho delenia. To vedie k dôležitému záveru o potrebe pravidelne kontrolovať kultúru, aby sa rýchlo identifikovali bunky so zmeneným karyotypom, ktoré sa správajú ako rakovinové bunky.

Carrel a Ebeling neskôr uviedli, že rýchlosť rastu kuracích fibroblastov bola nepriamo úmerná veku kurčiat, ktorých plazma bola použitá na kultiváciu. Výsledky tejto práce sa tiež nepotvrdili, ale iné štúdie ukázali, že latentné obdobie migrácie buniek z explantátov je dlhšie, ak sa použilo tkanivo od starých darcov. Toto pozorovali aj iní autori.

Bunková kultúra in vitro

Techniky tkanivových kultúr sa za posledných 20 rokov výrazne zlepšili a teraz je možné študovať bunky za podmienok veľmi podobných fyziologickým. Tkanivo sa izoluje a ošetrí trypsínom, ktorý ničí medzibunkovú látku a uvoľňuje bunky, ktoré sa potom zbierajú centrifugáciou. Známy počet buniek sa umiestni do sklenených alebo plastových kultivačných nádob obsahujúcich médium a inkubuje sa pri 37 °C. Pri kultivácii ľudských pľúcnych a kožných fibroblastov in vitro sa pozorujú jasne rozlíšiteľné fázy. Niekoľko hodín po nasadení bunky priľnú k povrchu skla a po 24–48 hodinách sa začnú deliť. Po niekoľkých dňoch sa povrch skla pokryje dcérskymi bunkami. Takto vzniká primárna kultúra. Časové obdobie od nasadenia počiatočných buniek po dokončenie tvorby monovrstvy sa nazýva fáza I.

Po vytvorení monovrstvy sa rýchlosť delenia buniek výrazne znižuje. Na získanie veľkého množstva bunkovej hmoty je potrebné vytvoriť podmienky pre ďalší rast buniek; Najprv sa médium odstráni a potom sa pridá trypsín, po ktorom sa bunky uvoľnia zo skla. Časť bunkovej suspenzie sa umiestni do nových kultivačných baniek, na ktorých voľnom povrchu sa bunky obnovia v delení. Zvyčajne sa používajú fľaše s rovnakým povrchom. Ak je za týchto podmienok počet buniek pestovaných v dvoch nových fľašiach 2-krát vyšší ako ich počet v primárnej kultúre, t. j. dôjde k jednému zdvojnásobeniu bunkovej populácie, potom je obvyklé určiť frekvenciu subkultivácie ako pomer 1:2. Nie je presne známe, či sa každá bunka delí raz alebo len niektoré. Pri subkultivačnej frekvencii 1:4 sa bunková hmota zvýši 4-krát, t.j. populácia sa zdvojnásobí. Typicky, keď sa subkultúra uskutočňuje s frekvenciou 1:2, zdvojnásobenie populácie sa dosiahne každé 3-4 dni a 210 (1024) dcérskych buniek sa získa za päť týždňov.

Ľudské pľúcne a kožné fibroblasty sa rýchlo delia a rastú, ak je materiálom na opätovný výsev suspenzia buniek primárnej kultúry, ktorá prešla fázou I. Populácia embryonálnych buniek sa zdvojnásobí 40–60-krát. To zodpovedá fáze II, ktorá sa vyznačuje rýchlym rastom buniek. Niekedy sa v tejto fáze môže objaviť niekoľko buniek a začať sa nepretržite deliť. Preto je vhodné z času na čas vyšetriť karyotyp buniek. Akákoľvek odchýlka karyotypu od pôvodného naznačuje prítomnosť transformovaných alebo rakovinových buniek. Bunková proliferácia však spravidla postupne klesá po 40–60 zdvojnásobení populácie a úplne sa zastaví po približne 50 ± 10 zdvojnásobení populácie, po čom bunky kolabujú a odumierajú. Ide o fázu III, ktorá sa vyznačuje znížením proliferácie a rozvojom známok starnutia buniek. Bunky v tejto fáze sa nazývajú bunky neskorej pasáže. Bunky starnú, aj keď sa médium pravidelne vymieňa a živiny sú dostupné v dostatočnom množstve. Vo fáze III sa čas na tvorbu monovrstvy predlžuje ako vo fáze II, postupne sa ešte zvyšuje, bunky sa prestávajú deliť a následne odumierajú (obr. 8.1).

Ryža. 8.1.Schéma pôvodu bunkových kmeňov a fenoménu bunkovej transformácie v kultúre. Fáza I, primárna kultúra, končí vytvorením prvej monovrstvy. Fáza II je charakterizovaná zvýšeným rastom, ktorý si vyžaduje časté presievanie. Keď kultúra dosiahne túto fázu, nazýva sa to "bunkový kmeň". V dôsledku akejkoľvek zmeny môže vzniknúť bunková línia s neobmedzenou životnosťou alebo bunky vstúpia do fázy III a odumrú

Okrem poklesu proliferačnej aktivity buniek vo fáze III (obr. 8.2) sa menia niektoré metabolické parametre (tabuľka 8.1). Obsah niektorých enzýmov klesá, iných stúpa alebo zostáva rovnaký. Tieto zmeny sú podobné tým, ktoré sa pozorovali v rôznych zvieracích orgánoch in vivo počas starnutia (kapitola 3). Okamžik poklesu proliferačnej aktivity sa ľahko zaznamená a zvyčajne sa považuje za východiskový bod fázy III, avšak pred poklesom rýchlosti delenia nastanú určité zmeny v metabolických parametroch. Niet pochýb o tom, že replikácia závisí od intenzity metabolizmu, ktorého pokles nemôže ovplyvniť schopnosť proliferácie buniek. Halliday a Tarrent a Lynn et al uviedli, že v neskorej fáze III ľudské pľúcne fibroblasty MRC-5 obsahujú zmenenú DNA polymerázu so substitúciami aminokyselín. Zrejme to vysvetľuje pokles bunkovej proliferačnej aktivity. Orgel naznačil, že v DNA polymeráze starých buniek by sa mohli vyskytnúť chyby, čo negatívne ovplyvnilo rýchlosť delenia. V štruktúre niektorých iných doteraz študovaných enzýmov (vrátane RNA polymerázy) neboli zistené žiadne chyby; to naznačuje, že aminokyselinové sekvencie týchto enzýmov sa nemenia počas prechodu buniek z fázy II do fázy III (ďalšie odkazy pozri v kapitole 9). Zdá sa teda, že pozorovaný pokles proliferácie je spôsobený iba postupným znižovaním syntézy DNA polymerázy.

Ryža. 8.2. Závislosť počtu buniek kmeňa WI-44 od dĺžky kultivácie. Počas prvých 40 pasáží zostáva počet buniek takmer konštantný a je približne 6-106 pre každú pasáž pri frekvencii subkultivácie 2:1. Počnúc 45. pasážou sa počet buniek logaritmicky znižuje (fáza III)

Tabuľka 8.1. Metabolické a bunkové parametre, ktoré sa znižujú, zvyšujú alebo zostávajú nezmenené počas starnutia intaktných ľudských fibroblastov in vitro

Zmeny v bunkách v kultúre súvisiace s vekom

S cieľom študovať príčiny starnutia tela bola vykonaná štúdia starnutia buniek v kultúre. Ako prvýkrát ukázali Swim a Parker, fibroblasty pochádzajúce z rôznych ľudských tkanív proliferujú len obmedzený čas a potom odumierajú. Títo autori však nezistili, či si bunky v kultúre zachovávajú svoje normálne vlastnosti a neodvážili sa tvrdiť, že ich obmedzená proliferatívna aktivita je spojená so starnutím. Neskôr bola podobná práca široko nasadená v Hayflickovom laboratóriu. Hayflick a Moorhead zistili, že ľudské embryonálne pľúcne fibroblasty sa v kultúre podrobia približne 50 zdvojnásobeniu populácie a potom odumrú. Fibroblasty odvodené z pľúcneho tkaniva dospelého darcu podliehajú zdvojnásobeniu populácie iba ~20. Hayflick naznačil, že existuje inverzný vzťah medzi vekom darcu a proliferatívnym potenciálom fibroblastov. Neskôr o existencii takéhoto spojenia informovali aj ďalší výskumníci (obr. 8.3). Okrem toho sa ukázalo, že pri kultivácii kožných fibroblastov získaných od ľudí vo veku 10–90 rokov dochádza k zníženiu potenciálu zdvojnásobenia približne o 0,20 relatívnej jednotky na každý rok života darcu. Regresný koeficient je -0,20. Správa Goldsteina a kol., že nie chronologický vek darcu, ale skôr fyziologický stav darcu, je zodpovedný za rýchlosť rastu fibroblastov, podnietila mnohých autorov k starostlivej práci s bunkami. odlišné typy, aby sa zistilo, či skutočne existuje lineárny vzťah medzi chronologickým vekom a zdvojnásobením populácie. Štúdia kultúr fibroblastov, ktorých zdrojom boli bunky od starostlivo vybraných zdravých darcov, ktorí nemali predispozíciu na cukrovku, priniesla negatívny výsledok: nenašiel sa inverzný vzťah medzi vekom darcu a počtom zdvojnásobení populácie. Zároveň bola táto závislosť stanovená pre bunkové kultúry získané od diabetických pacientov alebo od jedincov geneticky predisponovaných k tomuto ochoreniu. Je to teda fyziologický stav vo väčšej miere ako chronologický vek, ktorý určuje proliferatívnu aktivitu buniek.

Ryža. 8.3. Závislosť maximálneho počtu zdvojnásobení populácie ľudských fibroblastov od veku darcu. Priemerné hodnoty pre každú dekádu sú označené vodorovnými pruhmi. Koeficient regresnej čiary je -0,20 (±0,5 SD) bunkových zdvojnásobení za rok; korelačný koeficient je 0,5

Dá sa očakávať, že fibroblasty od pacientov s progériou (Hutchinson-Gilfordov syndróm) a Wernerovým syndrómom, ochoreniami charakterizovanými zrýchleným starnutím, by mali mať zníženú proliferatívnu aktivitu. Progéria je zriedkavé genetické ochorenie človeka, pri ktorom už vo veku 9 rokov dochádza k spomaleniu rastu a ateroskleróze všetkých veľkých krvných ciev, vrátane aorty a koronárnej artérie, ako aj k výraznému ukladaniu vekom podmieneného pigment lipofuscín v bunkách mnohých orgánov. Obraz predčasného starnutia je veľmi výrazný a dieťa vo veku 9 rokov pripomína 70-ročného človeka. Pacienti zostávajú neplodní a zomierajú skôr, ako dosiahnu vek 20 rokov. Wernerov syndróm je podobný stav, ale jeho príznaky sa vyvinú neskôr; pacienti majú tiež zníženú dĺžku života, v priemere asi 47 rokov. Ochorenie je genetickej povahy a je riadené autozomálnymi génmi. Hlavné príznaky: vysoký výskyt malignity, skoré vypadávanie a šedivenie vlasov, nízky vzrast, juvenilný šedý zákal, predispozícia k cukrovke, skorá ateroskleróza, kalcifikácia ciev a osteoporóza.

Fibroblasty získané od 9-ročných pacientov s progériou podstupujú v kultúre iba 2–4 ​​zdvojnásobenia populácie, t.j. významne menej ako bunky získané od zdravých detí rovnakého veku. Znížená syntéza DNA a účinnosť klonovania. Antigénne HLA markery prítomné na povrchu fibroblastov od zdravých ľudí chýbajú na fibroblastoch pacientov s progériou. Fibroblasty od pacientov s Wernerovým syndrómom majú tiež znížený potenciál zdvojnásobenia. Tieto údaje naznačujú, že skôr fyziologický stav než chronologický vek určuje schopnosť buniek proliferovať. Okrem toho sa zrýchlené starnutie tela prejavuje zrýchleným starnutím buniek in vitro, čo dokazujú zmeny v rýchlosti delenia a metabolizmu.

Je známe, že ak sa bunky zmrazia pri teplote pod nulou po tom, čo nejaký čas existovali v kultúre, napríklad prešli 20 zdvojnásobením populácie a potom znovu ožili pri teplote 37 °C, potom sa opäť rozdelia a “ žiť svoj život“, prejsť okolo 30 ďalších zdvojnásobení populácie. To naznačuje stálosť deliaceho potenciálu buniek daného typu, ktorá nezávisí od času potrebného na dokončenie plný cyklus divízií. Ľudské fibroblasty kmeňa WI-38, zmrazené v tekutom dusíku počas 14 rokov, po obnovení reprodukcie dokončili všeobecný cyklus delenia, ktorý predstavoval 50 ± 10 zdvojnásobení populácie.

Meral sa deliaci potenciál rôznych typov buniek. Martin a kol. ukázali, že ľudské embryonálne kožné fibroblasty podliehajú 45 zdvojnásobeniu populácie, zatiaľ čo bunky kostrového svalstva a kostná dreň- výrazne menej. Okrem toho zistili, že bunky obličiek, srdca, týmusu, štítna žľaza a pečeň žije v kultúre menej ako pľúcne bunky. V dôsledku toho nie je proliferatívna aktivita rôznych typov buniek rovnaká. Či to závisí od povahy a stupňa ich diferenciácie, stále nie je známe. Hoci sa bunky kostnej drene a epitelu v tele počas života ďalej delia, ich proliferatívna kapacita in vitro je obmedzená. V tejto súvislosti by bolo dôležité vedieť nielen to, prečo majú tieto bunky znížený deliaci potenciál, ale aj to, či sa delili už pred umiestnením do kultúry. Takéto štúdie môžu poskytnúť užitočné informácie o tom, prečo sa bunky, ako sú neuróny, kostrové svaly a srdcový sval, prestávajú deliť v ranom štádiu vývoja.

Uskutočnili sa pokusy stanoviť vzťah medzi dĺžkou života druhov a potenciálom štiepenia fibroblastov, a hoci sa študovalo len niekoľko druhov s rôznou dĺžkou života, výsledky naznačujú pozitívnu koreláciu medzi týmito veličinami (tabuľka 8.2). Fibroblasty z embrya galapágskej korytnačky, najdlhšie žijúcich druhov spomedzi skúmaných, majú tiež najvyšší potenciál delenia, zatiaľ čo pre myš, ktorej dĺžka života nepresahuje tri roky, je táto hodnota oveľa nižšia.

Tabuľka 8.2. Maximálna životnosť kultivovaných normálnych ľudských a zvieracích embryonálnych fibroblastov

Na zodpovedanie otázky, či sú starnutie a smrť buniek spôsobené akumuláciou akéhokoľvek cytoplazmatického faktora, bola použitá metóda hybridizácie somatických buniek. Hybridizácia starých a mladých buniek bola nežiaduca, pretože by viedla k vytvoreniu hybridov s dvojitou sadou chromozómov. Odstránením jadra z ľudských pľúcnych fibroblastov, ktoré boli v rastovej fáze II a III, sa získali cytoplasty. Potom sa spojili s intaktnými fibroblastmi skorých a neskorých pasáží nasledovne: mladé cytoplasty - s mladými bunkami, staré cytoplasty - s mladými bunkami, mladé cytoplasty - so starými bunkami a staré cytoplasty - so starými bunkami. Počet zdvojnásobení populácie prvých dvoch hybridných línií bol asi 20 a posledných dvoch - asi 5. Z toho vyplýva, že cytoplazma pravdepodobne neobsahuje žiadny faktor, ktorý ovplyvňuje potenciál delenia, t.j. proliferačná aktivita buniek sa určuje pri úroveň jadra alebo genómu . Získané výsledky je potrebné potvrdiť v ďalších štúdiách.

Bunky teda starnú in vivo aj in vitro. Existuje však veľká variabilita v ich životnosti a počte delení. Bunky, ako sú neuróny alebo kostrové a srdcové svaly, sa prestávajú in vivo deliť na začiatku vývoja a stávajú sa postmitotickými. Bolo by zaujímavé vedieť, koľkokrát sa delia, kým dosiahnu postmitotické štádium. Po určitom čase tieto postmitotické bunky starnú a odumierajú. Tieto bunky sa teda najskôr prestanú deliť a potom podstúpia starnutie. Bunky kostnej drene, epitelu a pečene si počas života zachovávajú proliferatívnu aktivitu, aj keď v starobe postupne klesá. Keď sú tieto bunky kultivované in vitro, prestanú sa deliť a po určitom čase zostarnú. Je zrejmé, že tieto bunky majú multiplikačnú kapacitu, ktorá je mnohonásobne väčšia ako kapacita neurónov a svalových buniek. Je dôležité študovať embryonálne bunky ihneď po ich diferenciácii na špecifické typy buniek, aby sa zistilo, či stupeň a typ diferenciácie má nejakú súvislosť s proliferatívnou aktivitou a povahou postmitotického stavu. Takéto štúdie rôznych typov buniek, od najskorších štádií diferenciácie až po koniec delenia, môžu poskytnúť kľúčové informácie o dôvodoch zastavenia delenia.

Vynára sa otázka: tie bunky, ktoré si zachovávajú schopnosť deliť sa po celý život, naozaj nestarnú? Sú skutočne aktualizované pri každom zdieľaní? Dajú sa dve dcérske bunky považovať za úplne identické nielen z hľadiska obsahu DNA, ale aj v rodičovských organelách? Je známe, že počas dozrievania spermií sa pozoruje nedostatočné delenie.

Wernet predpokladal, že niektoré typy buniek môžu byť za starnutie zodpovedné viac ako iné. Podľa jeho názoru určujú rýchlosť starnutia bunky týmusu a bunky závislé od týmusu, ktoré podliehajú oslabenej proliferácii podľa typu fázy III. Vernet je zástancom názoru, že zmeny v týchto bunkách sú zodpovedné za autoimunitné ochorenia, ktoré sú častejšie v starobe. Tento koncept je založený na myšlienke, že starnutie je spôsobené somatickými mutáciami, no zatiaľ na to neexistujú dôkazy.

Ak je starnutie prirodzenou vlastnosťou buniek, potom by malo byť vlastné aj jednobunkovým organizmom. Améby podstupujú obmedzený počet delení a žijú obmedzený čas, ak sú držané na nevhodnej strave. Nepretržite pokračujú v raste a rozmnožovaní len vtedy, ak je dostatok potravy, čo sa v prirodzených podmienkach zvyčajne nestáva. Mnohé klony paramecia a askomycét majú obmedzenú proliferatívnu aktivitu.

Starnutie buniek je dej, ktorý sa vyskytuje vo všetkých normálnych bunkách in vitro (podiel takýchto buniek v tele je malý). Bunky rastúce v kultúre majú obmedzenú životnosť a po určitom počte delení nerastú. Prestanú sa deliť a nakoniec zomrú. Očakávaná dĺžka života v zavedenej bunkovej kultúre teda závisí od veku darcu. Bunky, ktoré nadobudli nesmrteľnosť počas krízového obdobia transformácie v dôsledku vystavenia chemikáliám alebo vírusom, rovnako ako zhubné bunkové línie vo všeobecnosti, majú schopnosť deliť sa donekonečna. Iná forma bunkovej smrti alebo programovaná bunková smrť nastáva v mnohých fyziologických situáciách, ako napríklad počas diferenciácie keratinocytov.

Veda o starnutí buniek sa nazýva cytogerontológia. Životnosť normálnych diploidných buniek v kultúre je obmedzená, je pod genetickou kontrolou a môže byť modifikovaná (hormóny, rastové faktory atď.).

Väčšina buniek cicavcov, keď sa umiestni do kultúry, podstúpi obmedzený počet bunkových delení predtým, ako vstúpi do necitlivého, neproliferujúceho stavu nazývaného starnutie. Avšak niekoľko dráh, ktoré sú aktivované samostatne alebo spoločne, môže pomôcť bunkám obísť starnutie, aspoň na obmedzený čas. Patrí medzi ne telomerázová dráha, ktorá je potrebná na udržanie koncov telomér, a dráhy p53 a Rb, ktoré sú potrebné na riadenie starnutia v reakcii na poškodenie DNA, skracovanie telomér a mitogénne signály a dráha rastového faktora podobného inzulínu, ktorý môže regulovať dĺžku života a bunky. šírenie. Na boj proti starnutiu buniek musí byť telomeráza reaktivovaná a p53 a Rb potlačené. Embryoniká sú nesmrteľné, pretože tieto dráhy v nich sú prísne regulované.

Bunky rastúce v kultúre majú teda obmedzenú životnosť a po určitom počte delení nerastú. Životnosť normálnych diploidných buniek v kultúre je pod genetickou kontrolou a môže byť modifikovaná (hormóny, rastové faktory atď.).

Starnúce bunky môžu zostať životaschopné po dlhú dobu. To ukazuje, že proces starnutia je jasne odlišný od akejkoľvek formy bunkovej smrti, ako je apoptóza, a že tieto stavy je potrebné rozlišovať. Starnutie bolo zistené v mnohých typoch buniek u ľudí a iných cicavcov. Tieto údaje (pozri prehľad od Cristofalo, ea 1993) to naznačujú starnutie je všeobecný jav. Pozorovania naznačujúce, že fenotyp starnutia je dominantný nad imortalizovaným fenotypom (Bunn, ea. 1980, Muggleton-Harris, ea. 1980, Pereira-Smith, ea. 1981, Pereira-Smith, ea., 1983) interpretovali mnohí autori tak, že obmedzené normálne bunky je geneticky naprogramovaný proces a to imortalizované bunky strácajú funkciu jedného alebo viacerých predpokladaných senescenčných génov, ktoré sú aktívne v normálnych bunkách.

Viac o replikatívnom starnutí buniek si môžete prečítať v

Starnutie bunky - starnutie tela?

Všetky bunky tela produkujú špecifické látky – pomocou ktorých sa prenáša signál, spúšťa sa proliferácia, diferenciácia, apoptóza atď.. Osobitný význam pre to má fakt, že niektoré bunky – fibroblasty – sa nachádzajú v celom tele, obklopujúce mnohé bunky. Je možné, že zmeny v syntéze a reakcii týchto buniek na rôzne cytokíny súvisiace s vekom vedú k starnutiu iných buniek v tele. A keďže tieto bunky sú všade, celé telo starne. Dokazuje to práca Jeyapalana JC a Sedivyho JM z Katedry molekulárnej biológie, bunkovej biológie a biochémie Brownovej univerzity. V auguste tohto roku vyšiel ich článok „Starnutie buniek a starnutie tela“.
Bunková senescencia (senescencia) bola prvýkrát objavená v bunkových kultúrach a predstavuje ireverzibilné zastavenie bunkového cyklu,
vyvolané rôznymi faktormi. Existujú dôkazy, že starnutie je akýmsi núdzovým mechanizmom na ochranu pred tvorbou nádorov – bunka starne a nemôže sa deliť a je známe, že nádorové bunky rastú a delia sa nekontrolovateľne. Ale je tiež známe, že starnutie buniek môže viesť k nádorovému procesu a prispieva k starnutiu celého organizmu. Hromadenie senescentných buniek vedie k starnutiu tela ako celku. Mnohé bunky modifikujú svoje prostredie a prostredie ovplyvňuje iné bunky. Ako tieto bunky, hlavne fibroblasty, starnú, mení sa aj prostredie ostatných buniek, čo môže viesť k ich starnutiu.

Mutácie mtDNA závislé od veku a starnutie buniek

Mutácie mitochondriálnej DNA (mtDNA) sú jednou z príčin deštrukcie buniek závislej od veku, ktorá je zase spôsobená pôsobením (ROS). Ale nie všetky tieto mutácie sa ukázali ako dôležité pre starnutie buniek. Vedci z University of Newcastle pod vedením profesora Marka Birch-Machina študujú fenotypový význam mutácie T414G (náhrada T za G na pozícii 414) v kontrolnej oblasti mtDNA, ktorej prítomnosť bola preukázaná starnutím. (vrátane fotostarnutia) pokožky (). Výskumníci preukázali, že počas delenia kožných fibroblastov in vitro v 5 rôznych bunkových kultúrach izolovaných od starších jedincov sa záťaž mutácie T414G mohla zvýšiť alebo znížiť s delením buniek, čo naznačuje, že neexistuje žiadna smerová selekcia proti tejto mutácii. Na podporu tohto sa pomocou triediča buniek ukázalo, že úroveň mutácie T414G priamo nekoreluje so znížením alebo zvýšením počtu kópií mtDNA alebo s markermi bunkového starnutia (akumulácia lipofuscínu, produkcia ROS). Distribúcia mutácie zjavne nepriamo závisí od typu bunkovej línie. Vedci dospeli k záveru, že táto mutácia má malý vplyv na produkciu ROS a starnutie buniek v kultivovaných fibroblastoch.
Takéto štúdie príčin a súvislostí v patogenéze bunkového starnutia majú veľký význam pre vývoj metód boja proti starnutiu.

Starnutie endotelových progenitorových buniek

Hepatocytový rastový faktor (HGF) a vaskulárny endoteliálny rastový faktor (VEGF) sú potenciálne angiogénne rastové faktory na zvieracích modeloch ischémie, ale ich výkonnosť nie je konzistentná v laboratórnych a klinických štúdiách. Japonskí vedci, vrátane slávneho profesora Ryuichi Morishita z univerzity v Osake, sa rozhodli študovať účinok týchto rastových faktorov na endoteliálne progenitorové bunky prostredníctvom stimulácie angiotenzínom II, ktorý je známy ako rizikový faktor pre rozvoj aterosklerózy (). Štúdia zistila, že HGF, ale nie VEGF, zmierňuje starnutie endotelových progenitorových buniek indukované angiotenzínom II prostredníctvom zníženia y inhibíciou fosfatidylinozitoltrifosfát/rac1 dráhy. Silná indukcia neovaskularizácie prostredníctvom HGF, ale nie VEGF, prostredníctvom angeotenzínu II bola potvrdená in vivo experimentmi s použitím rôznych modelov, vrátane HGF transgénnych myší.
Výskum príčin, mechanizmov a faktorov, ktoré pôsobia proti starnutiu buniek pomocou rôznych prístupov, pomáha gerontológom a vedcom v iných špecializáciách nájsť prostriedky na boj proti procesu starnutia.

p53

Proteín kontroluje správne vykonávanie genetických programov organizmu – podieľa sa na vývoji reakcie na stres, môže iniciovať opravu DNA, zastavenie bunkového cyklu, starnutie buniek a predovšetkým –. Stále nie je presne jasné, ako p53 ovplyvňuje proces starnutia - cez spustenie apoptózy, cez zastavenie opravy a regenerácie alebo cez všetky vyššie uvedené mechanizmy. Štúdie na myšiach poskytujú rôzne, často protichodné výsledky. Jedna vec je však istá - bunkové starnutie a starnutie tela ako celku sú spojené s fungovaním p53 . Toto je predmetom článku vedcov z The Institute for Advanced Study, Princeton Vazquez A, Bond EE, Levine AJ a Bond GL „Genetika signálnej dráhy p53, apoptóza a liečba rakoviny“.
Reakcia na stres určuje individuálne schopnosti tvorby nádorov a reakciu na rôzne typy liečby rakoviny. Vedci optimalizujú terapiu v súlade so súčasnou úrovňou poznania. Pre toto oni uskutočnili genetickú štúdiu komponentov signálnej dráhy p53 – samotného p53 a jeho negatívneho regulátora MDM2, ktorý sa môže stať cieľom terapie. Okrem toho môžu k podobným výsledkom viesť zdedené jednonukleotidové polymorfizmy génov signálnej dráhy p53.
Zo všetkého vyššie uvedeného vyplýva veľmi dôležitý záver: štúdium vplyvu p53 na starnutie buniek a spustenie apoptózy pomáha pri vývoji a optimalizácii boja proti rakovine, z ktorých väčšina je spojená so starobou.

Starnutie mezoteliálnych buniek

Skupina poľských vedcov z Lekárskej univerzity v Poznani, vrátane profesora z University of Newcastle, študovala zraniteľnosť a rôzne typy starnutia ľudských peritoneálnych mezoteliálnych buniek (). Bunková línia LP-9 odvodená z ascitickej tekutiny a mezoteliálna bunková línia HOMC odvodená z omenta sa široko používajú v rôznych štúdiách. Predpokladá sa, že in vitro majú odlišný replikačný potenciál. Vedci sa rozhodli porovnať tieto bunkové línie s cieľom identifikovať špecifické mechanizmy bunkového starnutia . Zistilo sa, že HOMC sa delia menej a vstupujú do fázy starnutia skôr ako LP-9. Tento účinok bol potvrdený skorým zvýšením hladín beta-galaktozidázy spojenej so starnutím a inhibítorov bunkového cyklu p16 (INK4A) a p21 (WAF1). Okrem toho sa pri subkultivácii buniek 3-krát pozorovalo zvýšenie úrovne poškodenia DNA. Na rozdiel od LP-9 boli v HOMC oblasti poškodenia lokalizované hlavne vonku a dĺžka telomér sa počas starnutia buniek mierne znížila. V porovnaní s bunkami LP-9 vstupujú HOMC do fázy starnutia s oveľa nižšími hladinami lipofuscínu a poškodenia DNA, ako aj charakteristicky nízkymi hladinami redukovaného glutatiónu. Okrem toho HOMC syntetizujú oveľa viac reaktívnych foriem kyslíka spontánne alebo v reakcii na vonkajšie oxidanty. Výsledky naznačujú, že na rozdiel od LP-9 HOMC podliehajú predčasnému starnutiu nezávislému od telomérov vyvolanému stresom, ktoré môže byť výsledkom silnej zraniteľnosti voči .
Táto štúdia jasne ukazuje, že rôzne bunky starnú inak.

Starnutie T buniek u primátov

Množstvo štúdií odhalilo vážne zmeny vo fungovaní T-lymfocytov súvisiace s vekom. Zatiaľ čo celkový počet T buniek v periférnej krvi sa v starobe výrazne nemení, existujú jasné rozdiely v relatívnom zastúpení subtypov T buniek. Počet nezrelých T progenitorových lymfocytov sa zvyšuje s vekom, rovnako ako percento čiastočne aktivovaných T lymfocytov nesúcich markery nezrelého fenotypu týmusu. Dochádza k relatívnemu zvýšeniu cytotoxických supresorových T buniek a zníženiu počtu pomocných/induktorových T buniek. Funkčné defekty bunkami sprostredkovanej imunity korelujú s poklesom populácie pomocných/induktorov. Bunky získané od starých ľudí alebo laboratórnych zvierat sú menej schopné reagovať na alogénne lymfocyty, fytohemaglutinín, konkanavalín A a rozpustný antigén. Lymfocyty zo starších myší majú menšiu schopnosť spôsobiť odmietavé reakcie ako tie, ktoré sa získali od mladších jedincov rovnakých inbredných kmeňov. Polovica zdravých ľudí nad 50 rokov trpí precitlivenosťou kože. Zníženie počtu pomocných/induktorových T buniek a bunkami sprostredkovaných imunitných funkcií je sprevádzané zvýšením počtu protilátok a autoimunitných reakcií.

Onkovírusy a zastavenie bunkového cyklu

Ďalší variant starnutia buniek imunitného systému je spojený s infekciou onkovírusmi . Infekcia ľudským T-lymfotropným vírusom typu 1 (HTLV-1) spôsobuje dysreguláciu proliferácie T-lymfocytov, čo vedie k T-bunkovému lymfómu. Skoré bunkové zmeny po infekcii HTLV-1 je ťažké študovať, pretože prenos vírusu vyžaduje medzibunkový kontakt a v kultúre majú bunky medzi sebou malý kontakt. Na Katedre mikrobiológie a imunológie Uniformed Services University of Health Sciences vykonali vedci pod vedením profesora Chou-Zen Giama štúdie, ktoré ukázali, že bunky HeLa zastavujú proliferáciu 1-2 delenia po infekcii HTLV-1 alebo vložení vírusový daňový gén ( ). Bunky HeLa infikované vírusom, podobne ako bunky s integrovanou daňou, sa vyznačujú vysokými hladinami expresie p21 (CIP1 / WAF1) a p27 (KIP1), mitotickými abnormalitami, zastavením vo fáze G1 bunkového cyklu a vekom. Na porovnanie, bunky ľudského osteosarkómu (HOS) sa naďalej delia, aj keď so zníženou rýchlosťou rastu a abnormálnou mitózou. V bunkách HOS je výrazne znížená expresia p21 a p27, ktoré sú spojené s aktiváciou dráhy fosfatidylinozitol 3-proteínkinázy (PI3K). Redukcia p21 (CIP1/WAF1) a p27 (KIP1) v HOS pravdepodobne umožňuje vírusom alebo vírusovým génom nastať zastavenie. Nakoniec infekcia HTLV-1 a expresia Tax spôsobuje zastavenie v G1 fáze buniek inej línie, T-lymfocytov SupT1. Preto záver: Infekcia HTLV-1 má za následok zastavenie bunkového cyklu vyvolané daňou. Okrem toho môžu T bunky obsahujúce mutácie v p21 (CIP1 / WAF1) a p27 (KIP1) pokračovať v proliferácii po infekcii. Tieto infikované bunky môžu
množiť, hromadiť chromozomálne aberácie a postupovať, čo vedie k rakovine.

Inzulínu podobný rastový faktor (IGF) a starnutie buniek

S vekom majú ľudia problémy s muskuloskeletálnym systémom, a to aj v dôsledku patologických zmien medzistavcových platničiek. Starší ľudia majú na diskoch veľa senescentných buniek. Senescentné bunky sa nemôžu deliť a to znižuje schopnosť tkaniva disku obnoviť sa a nahradiť bunky zabité nekrózou alebo apoptózou. Vedci z Carolinas Medical Center v Charlotte pod vedením Edwarda Hanleyho vykonali prácu na štúdiu starnutia buniek medzistavcových platničiek a metód jeho ovplyvňovania (). Ciele tejto štúdie boli:
1) vytvorenie spoľahlivého laboratórneho modelu vyvolaného stresom
predčasné starnutie ľudských buniek medzistavcových platničiek;
2) určiť potenciál IGF1 ako anticelulárneho činidla starnutia in vitro.
Inzulínu podobný rastový faktor 1 (IGF1) sprostredkováva účinky rastového hormónu (GH). IGF1 je produkovaný pečeňovými hepatocytmi ako odpoveď na stimuláciu ich somatotropínových receptorov. V periférnych tkanivách je to IGF-1, ktorý poskytuje takmer všetky fyziologické účinky rastového hormónu.
Na vytvorenie modelu sa použilo 2-hodinové ošetrenie peroxidom vodíka, následne sa pomocou imunocytochemických metód určila lokalizácia starnúcich buniek pomocou beta-galaktozidázy a po 3 dňoch kultivácie sa stanovilo percento starnúcich buniek v kultúre. Chirurgicky bolo vytvorených deväť kultúr
materiál od 8 pacientov, ktorých bunky boli testované s IGF1
koncentrácie 0, 50, 100 a 500 ng/ml. IGF s koncentráciou 50 a 100 ng/ml mal slabo nevýznamný vplyv na percento starnúcich buniek, pri liečbe IGF v koncentrácii 500 ng/ml sa pozoroval významný pokles percenta starnúcich buniek. Tieto údaje sú štádiom vývoja terapeutických činidiel na boj proti starnutiu buniek, vrátane buniek medzistavcových platničiek.

Resveratrol a liečba glaukómu

Resveratrol je fytoalexín (antibiotikum produkované v rastlinách, ktoré boli infikované). Produkuje sa v mnohých rastlinách ako reakcia na bakteriálne a hubové patogény. Teraz sa získava umelo a používa sa ako prídavná látka v potravinách. Ukázalo sa, že zvyšuje životnosť v experimentálnych organizmoch, ako sú kvasinky a myši.
Paloma Liton, Pedro Gonzalez, David L. Epstein a členovia ich laboratórií v DUKE EYE CENTER Duke University Medical Center vykonali štúdiu o účinku resveratrolu pri liečbe glaukómu.
Zvýšený vnútroočný tlak (IOP) je hlavným rizikovým faktorom primárneho glaukómu s otvoreným uhlom (POAG), ktorý predstavuje viac ako 90 % prípadov glaukómu, závažného ochorenia oka súvisiaceho s vekom. Vysoký vnútroočný tlak vzniká v dôsledku zníženého odtoku komorovej vody cez trabekulárny systém (TM) Schlemmovho kanála. Znížená funkcia TM v POAG je spojená s expresiou zápalových markerov, starnutím buniek a zníženou celularitou. V súčasnosti je liečbou glaukómu zníženie tlaku, ale tento terapeutický prístup nezlepšuje fungovanie TM u pacientov s glaukómom. Vedci vykonali štúdie účinku resveratrolu na expresiu zápalových markerov, oxidačné poškodenie a starnutie TM buniek vystavených chronickému oxidačnému stresu. Resveratrol znižuje intracelulárnu produkciu zápalových markerov (IL1alfa, IL6, IL8 a ELAM-1), ako aj markerov starnutia (beta-galaktozidáza, lipofuscín atď.). Resveratrol má tiež antiapoptotický účinok, ktorý nie je spojený so znížením bunkovej proliferácie. Dospelo sa k záveru, že resveratrol zabraňuje abnormalitám TM buniek u pacientov s glaukómom.

Konečne

Proces starnutia buniek je rôznorodý. Spúšťajú ho rôzne faktory a prechádza rôznymi signálnymi dráhami. Proces starnutia je v rôznych bunkách odlišný a prebieha v rôznych časoch. Ale v každom prípade to vedie k dysfunkcii buniek a smrti. Keď uvažujeme o starnutí buniek, vyvstáva niekoľko otázok, ktoré sme sa čiastočne pokúsili vyriešiť:
1) Do akej miery zodpovedá starnutie buniek starnutiu organizmu ako celku?
2) Ako starnú rôzne typy buniek?
3) Aký je rozdiel medzi starnutím buniek v tele (in vivo) a v laboratórnych podmienkach (in vitro)?
4) Ako ovplyvňuje starnutie buniek funkciu buniek?
5) Ako môžete ovplyvniť proces starnutia buniek?
6) Aké sú vyhliadky na využitie regulácie bunkového starnutia pri liečbe chorôb súvisiacich s vekom?
Odpovede na tieto a ďalšie otázky sú veľmi dôležité pre vývoj liečby proti starnutiu. Toto je jeden zo základných mechanizmov starnutia človeka.

Napriek svojej univerzálnosti je ťažké jasne definovať proces starnutia. S vekom sa vyskytujú fyziologické a štrukturálne zmeny takmer vo všetkých orgánových systémoch. Pri starnutí sa prejavujú genetické a sociálne faktory, stravovacie návyky, ako aj choroby súvisiace s vekom – ateroskleróza, cukrovka, artróza. Poškodenie buniek súvisiace s vekom je tiež dôležitou súčasťou starnúceho tela.

S vekom postupne trpí množstvo bunkových funkcií. Znižuje sa aktivita oxidačnej fosforylácie v mitochondriách, syntéza enzýmov a bunkových receptorov. Starnúce bunky majú zníženú schopnosť absorbovať živiny a opravovať chromozomálne poškodenia. Morfologické zmeny v starnúcich bunkách zahŕňajú nepravidelné a laločnaté jadrá, polymorfné vakuolizované mitochondrie, pokles endoplazmatického retikula a deformáciu lamelárneho komplexu. Súčasne sa hromadí lipofuscínový pigment.

Starnutie buniek je multifaktoriálny proces. Zahŕňa endogénne molekulárne programy bunkového starnutia, ako aj exogénne vplyvy vedúce k postupnej interferencii s procesmi prežitia buniek.

Fenomén starnutia buniek sa intenzívne študuje v experimentoch in vitro. Ukázalo sa, že v starnúcich bunkách sa aktivujú gény špecifické pre starnutie, poškodzujú sa gény regulujúce rast, stimulujú sa rastové inhibítory a aktivujú sa aj iné genetické mechanizmy.

Predpokladá sa, že génové defekty môžu byť spôsobené telomerickým skrátením chromozómov. Teloméry hrajú dôležitú úlohu pri stabilizácii koncových častí chromozómov a ich pripájaní k jadrovej matrici. Napríklad dĺžka telomér sa znižuje v posledných pasážach bunkovej kultúry a pri bunkovej kultúre starších ľudí. Bol nájdený vzťah medzi dĺžkou telomér a aktivitou telomerázy.

K získanému poškodeniu buniek počas starnutia dochádza pod vplyvom voľných radikálov. Príčinou týchto poškodení môže byť pôsobenie ionizujúceho žiarenia alebo progresívne znižovanie aktivity antioxidačných obranných mechanizmov, ako je vitamín E, glutatiónperoxidáza. Poškodenie buniek voľnými radikálmi je sprevádzané akumuláciou lipofuscínu, ale samotný pigment nie je pre bunku toxický. Okrem toho SPOL a voľné radikály spôsobujú poškodenie nukleových kyselín v jadre aj mitochondriách. Mutácie a deštrukcia mitochondriálnej DNA sa s pribúdajúcim vekom stávajú dramatickými. Voľné radikály kyslík tiež katalyzuje tvorbu modifikácií proteínov, vrátane enzýmov, čím ich robí citlivými na škodlivé účinky neutrálnych a alkalických proteáz obsiahnutých v cytosóle, čo vedie k ďalšiemu narušeniu funkcií buniek.

S vekom sa vyskytujú aj posttranslačné zmeny v intracelulárnych a extracelulárnych proteínoch. Jedným z typov takýchto zmien je neenzymatická glykozylácia proteínov. Napríklad vekom podmienená glykozylácia proteínov šošoviek je základom senilnej katarakty.

Napokon existujú dôkazy o narušenej tvorbe stresových proteínov in vitro u pokusných zvierat počas starnutia. Tvorba stresových proteínov je najdôležitejším mechanizmom ochrany proti rôznym stresom.

Zhrnutím vyššie uvedeného materiálu je potrebné položiť niekoľko otázok, ktorých odpovede nám umožnia vytvoriť úplnejší obraz o probléme starnutia buniek a starnutia tela ako celku.

Prvá otázka môže byť formulovaná nasledovne: je telomerázový mechanizmus jediným faktorom spôsobujúcim starnutie somatických buniek? Ak výraz „starnutie buniek“ znamená iba zastavenie mitózy, potom to tak zjavne nie je. Pripomeňme si aspoň, že blokáda bunkovej mitózy sa môže aktivovať aj v bunkách, ktorých dĺžka telomér ešte nedosiahla kritickú úroveň. Stáva sa to v bunkách, ktoré z nejakého dôvodu utrpeli neopravené poškodenie DNA. Ako je známe, v týchto prípadoch vedie aktivácia génu p53 a iných funkčných génov k nemu k blokáde mitózy a iniciácii procesu apoptózy. Rovnaké javy sa vyskytujú aj v prípade malignizácie buniek. Ukazuje sa teda, že pre telo je najdôležitejšie zbaviť sa poškodených buniek, ktoré, ak prežijú, môžu produkovať klon buniek s narušenými vlastnosťami a funkciami, čo môže viesť k nepredvídateľným následkom (napr. vznik malígneho nádoru). V dôsledku toho je deštrukcia buniek, ktoré dosiahli Hayflickov limit, apoptózou len špeciálnym prípadom zachovania morfologickej a funkčnej homeostázy tela, pretože v dlho žijúcich a opakovane sa deliacich bunkách je možná akumulácia metabolických chýb a poškodenie genómu.

Druhá otázka znie: je telomerázový mechanizmus starnutia buniek faktorom určujúcim starnutie organizmu ako celku? Je nepravdepodobné, že na túto otázku možno odpovedať kladne. Uveďme si niektoré známe fakty. Fibroblasty boli odobraté od 90-ročných darcov, ktorých sa v kultúre delilo len 20-krát menej ako embryonálnych fibroblastov. Ako viete, Hayflickov limit je 50. Teda ľudia, ktorí takmer dosiahli (o moderné nápady) vo veku veľmi blízkom maximálnej dĺžke života predstaviteľov ľudstva, Hayflickov limit nie je ani zďaleka vyčerpaný. Okrem toho možno citovať výrok samotného L. Hayflicka, ktorý napísal: „... neverím, že k starnutiu a smrti ľudí dochádza v dôsledku zastavenia bunkového delenia.“

Genetická kontrola dĺžky života bunky, založená na kontrole počtu jej mitóz, je zrejme len jedným z mechanizmov, ktorý umožňuje vylúčiť z príslušnej bunkovej populácie dlhoveké bunky, ktoré počas svojej existencie (u ľudí , to je mnoho desaťročí) mohli v dôsledku súhrnu molekulárnych a metabolických chýb získať vlastnosti škodlivé pre existenciu organizmu. Moderná gerontologická veda hovorí, že starnutie organizmu a jeho odumieranie starobou je výsledkom mnohých systémových zmien, ktoré sa nedajú vysvetliť len z pohľadu telomerázovej teórie starnutia buniek. Bohužiaľ, telomeráza je len ďalší „všeliek“ v dlhej histórii hľadania prostriedkov na predĺženie života ľudstva.