कोशिका उम्र बढ़ने के रूपात्मक लक्षण। सेलुलर बुढ़ापा (इन विट्रो)

आज, साइटोजेरोन्टोलॉजी नामक विज्ञान कोशिकाओं के प्रजनन और उम्र बढ़ने का अध्ययन करता है। वैज्ञानिक यह स्थापित करने में सक्षम हैं कि कोशिकाओं की प्राकृतिक उम्र बढ़ने के साथ-साथ उनकी मृत्यु की न केवल एक सरल प्रक्रिया होती है, बल्कि इसे आनुवंशिक स्तर पर भी प्रोग्राम किया जा सकता है।

जैसा कि ऊपर वर्णित है, इस प्रक्रिया को "एपोप्टोसिस" भी कहा जाता है। यह कार्यक्रम प्रत्येक व्यक्ति के आनुवंशिक स्तर पर निर्धारित किया गया था और इसका मुख्य लक्ष्य शरीर को अतिरिक्त सेलुलर सामग्री से छुटकारा दिलाना है जिसकी अब आवश्यकता नहीं है।

आज तक, वैज्ञानिक एक साथ कई सिद्धांत प्रस्तुत करने में सक्षम हुए हैं कि शरीर में कोशिकाओं की उम्र बढ़ने की प्रक्रिया कैसे हो सकती है।

आज, वैज्ञानिक काफी सक्रिय रूप से विभिन्न अध्ययन कर रहे हैं, जिसके दौरान वे मानव शरीर के संयोजी ऊतक कोशिकाओं की उम्र बढ़ने की प्रक्रिया का अध्ययन करते हैं। ये कोशिकाएँ पूरे शरीर में स्थित होती हैं, और वे शरीर की लगभग सभी चयापचय प्रक्रियाओं में प्रत्यक्ष और काफी सक्रिय भाग लेती हैं जो मानव जीवन के लिए महत्वपूर्ण हैं।

वैज्ञानिकों का एक समूह है जो लगभग एक सौ प्रतिशत आश्वस्त है कि संयोजी ऊतक कोशिकाएं या फ़ाइब्रोब्लास्ट वस्तुतः अन्य सभी प्रणालियों, साथ ही मानव शरीर की कोशिकाओं को उम्र बढ़ने के लिए "मजबूर" करती हैं। अर्थात्, पूरे जीव की एक साथ उम्र बढ़ने की प्रक्रिया एक ही बार में होती है।

चल रहे शोध के लिए धन्यवाद, वैज्ञानिक यह निर्धारित करने में सक्षम थे कि शरीर की कोशिकाओं की उम्र बढ़ने की प्रक्रिया में एक निश्चित भूमिका उत्परिवर्तन को सौंपी जाती है। आख़िरकार, जैसा कि आप जानते हैं, डीएनए में माइटोकॉन्ड्रिया का क्रमिक संचय होता है जो कुछ उत्परिवर्तन के परिणामस्वरूप सटीक रूप से प्रकट होता है।

कोशिका विनाश की प्रक्रिया में, p53 प्रोटीन जैसा विशिष्ट प्रोटीन एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। उदाहरण के लिए, यदि, कुछ परिस्थितियों के कारण, मानव शरीर में ट्यूमर कोशिकाएं दिखाई देती हैं, तो एपोप्टोसिस की तत्काल सक्रियता होती है, यानी उनके प्राकृतिक विनाश की प्रक्रिया होती है।

यह स्थापित करना भी संभव था कि कोशिका उम्र बढ़ने में यह प्रक्रिया क्या भूमिका निभाती है, लेकिन आज तक, वैज्ञानिक इस सिद्धांत को पूरी तरह से स्थापित नहीं कर पाए हैं, इसलिए यह प्रकृति में विशेष रूप से सैद्धांतिक है। मांसपेशियों पर कई तरह के अध्ययन किए जा रहे हैं और हर बार वैज्ञानिकों को बिल्कुल विरोधाभासी परिणाम मिलते हैं।

एक और महत्वपूर्ण कारक है जिसका मानव शरीर में कोशिकाओं की उम्र बढ़ने की प्रक्रिया पर सीधा प्रभाव पड़ता है - लिम्फोसाइट कोशिकाओं का क्षरण, जो धीरे-धीरे होता है। अध्ययन प्राइमेट्स पर किए गए, और परिणामों से पता चला कि यदि दैनिक आहार में न्यूनतम मात्रा में कैलोरी होती है, तो प्रतिरक्षा कोशिकाओं की उम्र बढ़ने की गति स्वाभाविक रूप से धीमी हो जाएगी।

साथ ही, एक पदार्थ जो रक्त का हिस्सा है और सूजन की शुरुआत में प्रकट होता है, उनकी उम्र बढ़ने की प्रक्रिया को भी धीमा कर सकता है - यह एक अद्वितीय सी प्रतिक्रियाशील प्रोटीन है। खतरनाक ओंकोवायरस के संक्रमण के परिणामस्वरूप प्रतिरक्षा प्रणाली के प्राकृतिक रूप से ख़त्म होने की तीव्र प्रक्रिया शुरू हो सकती है; इसलिए, शरीर की रक्षा प्रणाली प्रभावित होने लगती है।

कोशिकाओं का यौवन, साथ ही संपूर्ण मानव शरीर, सीधे तौर पर टेलोमेरेज़ जैसे विशेष पदार्थ से संबंधित है। यह पदार्थ विशेष एंजाइमों में से एक है जिसमें डीएनए अणुओं के अद्वितीय खंडों को जोड़ने की क्षमता होती है जिन्हें दोहराया जा सकता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, कोशिकाएं वस्तुतः अंतहीन प्रजनन जैसी सुविधा प्राप्त कर सकती हैं, जिसके बाद वे मरेंगी नहीं, बल्कि आगे विभाजित होती रहेंगी।

उदाहरण के लिए, भ्रूण कोशिका में इस अद्वितीय पदार्थ (टेलोमेरेज़) की काफी उच्च गतिविधि देखी जाती है। यह इस एंजाइम के क्रमिक विलुप्त होने के परिणामस्वरूप है कि सेलुलर उम्र बढ़ने लगेगी।

पिछले दो या तीन वर्ष वस्तुतः जेरोन्टोलॉजी के लिए महत्वपूर्ण वर्ष रहे हैं। सबसे पहले, वैज्ञानिकों ने उपवास के माध्यम से खमीर, कीड़े और यहां तक ​​कि चूहों के जीवन को बढ़ाने का एक तरीका खोजा, फिर उन्हें कई जीन मिले जो सक्रिय दीर्घायु बढ़ा सकते हैं। प्रजनन प्रणाली के विकास, वसा ऊतक और जीवन प्रत्याशा के बीच संबंध की खोज करना भी संभव था।

लेकिन उम्र बढ़ने के आणविक और सेलुलर आधार के प्रति दृष्टिकोण कई दशकों से नहीं बदला है: विभाजन के दौरान अनिवार्य रूप से उत्पन्न होने वाले उत्परिवर्तन का संचय, प्रोटीन का क्रमिक विनाश और "आरक्षित" प्रणालियों की कमी।

साल्क इंस्टीट्यूट फॉर बायोलॉजिकल रिसर्च के मार्टिन हेट्ज़र और उनके सहयोगी इस समझ को महत्वपूर्ण रूप से परिष्कृत करने में सक्षम थे:

टूट-फूट के बारे में सामान्य शब्दों के पीछे, कम से कम परमाणु छिद्रों के कामकाज में व्यवधान है, जो नाभिक और कोशिका के बीच सामग्री के चयनात्मक आदान-प्रदान को सुनिश्चित करते हैं।

सूक्ष्म आकार के बावजूद - पांच से सैकड़ों माइक्रोमीटर तक, कोशिका में कई दर्जन से अधिक अंग शामिल होते हैं, जिनमें से मुख्य नाभिक है, जो सभी इंट्रासेल्युलर और यहां तक ​​​​कि बाह्य कोशिकीय प्रक्रियाओं का विनियमन प्रदान करता है। नाभिक के अंदर, जो 80% तक की मात्रा (शुक्राणु में) पर कब्जा कर सकता है, सबसे मूल्यवान चीज है - डीएनए अनुक्रम में एन्क्रिप्टेड आनुवंशिक जानकारी।

यदि यह परमाणु आवरण के लिए नहीं होता, तो कोड को पढ़ने में उत्परिवर्तन और विफलताओं की संख्या कोशिका को जीवित रहने की अनुमति नहीं देती। लेकिन गुणसूत्रों के चारों ओर दोहरी झिल्ली होने के बावजूद,

आनुवंशिक तंत्र पृथक नहीं है: विभिन्न प्रकार के आरएनए लगातार नाभिक छोड़ते हैं, प्रोटीन संश्लेषण को नियंत्रित करते हैं, जबकि प्रतिलेखन कारकों को सक्रिय करने वाले संकेत अंदर प्रवेश करते हैं।

जैसा कि बड़े अवरोधों के मामले में होता है जो पूरे जीव के स्तर पर काम करते हैं, परमाणु में भी चयनात्मक पारगम्यता होती है: उदाहरण के लिए, वसा में घुलनशील अणु, चाहे स्टेरॉयड हार्मोन हों या कुछ औषधीय पदार्थ, आसानी से झिल्ली में ही प्रवेश कर जाते हैं, अधिक एक की तरह बीच-बीच में पतली तेल की फिल्म।

लेकिन न्यूक्लिक एसिड, प्रोटीन और अन्य हाइड्रोफिलिक यौगिक विशेष चैनलों - परमाणु छिद्रों से गुजरने के लिए अभिशप्त हैं। अणुओं की विविधता के बावजूद, अधिकांश जीवों में छिद्र स्वयं काफी रूढ़िवादी रूप से संरचित होते हैं और इसमें एक आंतरिक चैनल और सममित बाहरी भाग होते हैं, जो एक अष्टकोण के शीर्ष पर स्थित प्रोटीन अणुओं के समान होते हैं।

जैसा कि हेट्ज़र और सेल में प्रकाशन के सह-लेखकों ने दिखाया, समय के साथ, ये छिद्र "रिसाव" करने लगते हैं, जो अधिक "ध्यान देने योग्य" परिणामों का कारण बनता है - मस्तिष्क की रक्त वाहिकाओं के साथ अमाइलॉइड सजीले टुकड़े का जमाव, उपास्थि का विनाश जोड़, और हृदय की "क्षय"।

मांसपेशियों की कोशिकाओं और फिर नेमाटोड सी. एलिगेंस के पूरे शरीर के उदाहरण का उपयोग करते हुए, वैज्ञानिकों ने प्रदर्शित किया कि परमाणु चैनल का परिधीय हिस्सा नियमित रूप से नवीनीकृत होता है, जबकि केंद्रीय भाग केवल कोशिका विभाजन के दौरान पुनर्निर्मित होता है, जिसके दौरान परमाणु झिल्ली होती है पहले नष्ट हुआ और फिर बना। तदनुसार, परमाणु छिद्र धीरे-धीरे "घिस जाते हैं", लेकिन, अन्य इंट्रासेल्युलर प्रणालियों के विपरीत, उनका नवीनीकरण नहीं होता है, जिससे "रिसाव" होता है। नतीजतन, न केवल उत्परिवर्तन, बल्कि अन्य अणु भी जो आनुवंशिक तंत्र के कामकाज को बाधित करते हैं, नाभिक में प्रवेश करते हैं।

यदि त्वचा कोशिकाओं या आंतों के उपकला को लगातार नवीनीकृत करने की बात आती है, तो ऐसी समस्या उत्पन्न नहीं होती है, लेकिन तंत्रिका या मांसपेशियों की कोशिकाओं के बारे में क्या जो व्यावहारिक रूप से जीवन भर विभाजित नहीं होती हैं? यह आश्चर्य की बात नहीं है कि उनका चयापचय न केवल नाभिक से "संकेतों" से जुड़ा हुआ है, बल्कि प्रतिक्रियाओं के स्थापित कैस्केड से भी जुड़ा हुआ है जिन्हें आनुवंशिक तंत्र के त्वरित हस्तक्षेप की आवश्यकता नहीं होती है।

हेट्ज़र की खोज उम्र बढ़ने के सिद्धांत में एक और "आत्मनिर्भर" परिकल्पना नहीं बन पाई। वैज्ञानिकों ने प्रदर्शित किया है कि कैसे प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां, जो लंबे समय से जेरोन्टोलॉजिस्टों की मुख्य दुश्मन बन गई हैं, परमाणु छिद्रों के टूट-फूट को तेज कर सकती हैं और इसके साथ ही पूरी कोशिका की उम्र बढ़ने में भी तेजी ला सकती हैं। हम केवल यह आशा कर सकते हैं कि इन "लीक" की भरपाई करने वाली एक प्रणाली अभी भी मौजूद है, और यदि इसे खोजा जा सकता है, तो यह सक्रिय दीर्घायु के अध्ययन में एक नया मील का पत्थर होगा।

इसकी सार्वभौमिकता के बावजूद, उम्र बढ़ने की प्रक्रिया को स्पष्ट रूप से परिभाषित करना मुश्किल है। उम्र के साथ, लगभग सभी अंग प्रणालियों में शारीरिक और संरचनात्मक परिवर्तन होते हैं। उम्र बढ़ने पर आनुवंशिक और सामाजिक कारक, पोषण पैटर्न, साथ ही उम्र से संबंधित बीमारियाँ - एथेरोस्क्लेरोसिस, मधुमेह, ऑस्टियोआर्थराइटिस - का बहुत महत्व है। उम्र से संबंधित कोशिका क्षति भी शरीर की उम्र बढ़ने का एक महत्वपूर्ण घटक है।

उम्र के साथ, कई सेलुलर कार्य उत्तरोत्तर प्रभावित होते जाते हैं। माइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण की गतिविधि, एंजाइमों और सेल रिसेप्टर्स का संश्लेषण कम हो जाता है। उम्र बढ़ने वाली कोशिकाओं में पोषक तत्वों को अवशोषित करने और क्रोमोसोमल क्षति की मरम्मत करने की क्षमता कम हो जाती है। उम्र बढ़ने वाली कोशिकाओं में रूपात्मक परिवर्तनों में अनियमित और लोब्यूलेटेड नाभिक, पॉलीमोर्फिक वैक्युलेटेड माइटोकॉन्ड्रिया, एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम में कमी और लैमेलर कॉम्प्लेक्स की विकृति शामिल है। इसी समय, लिपोफ़सिन वर्णक जमा हो जाता है।

कोशिका उम्र बढ़ना एक बहुक्रियात्मक प्रक्रिया है। इसमें सेलुलर उम्र बढ़ने के अंतर्जात आणविक कार्यक्रमों के साथ-साथ कोशिका अस्तित्व प्रक्रियाओं में प्रगतिशील हस्तक्षेप के लिए अग्रणी बाहरी प्रभाव भी शामिल हैं।

इन विट्रो प्रयोगों में सेलुलर उम्र बढ़ने की घटना का गहन अध्ययन किया जा रहा है। यह दिखाया गया है कि उम्र बढ़ने वाली कोशिकाओं में, उम्र बढ़ने के लिए विशिष्ट जीन सक्रिय हो जाते हैं, विकास को नियंत्रित करने वाले जीन क्षतिग्रस्त हो जाते हैं, विकास अवरोधक उत्तेजित हो जाते हैं, और अन्य आनुवंशिक तंत्र भी सक्रिय हो जाते हैं।

यह माना जाता है कि जीन दोष क्रोमोसोम के टेलोमेरिक छोटा होने के कारण हो सकता है। टेलोमेरेस गुणसूत्रों के अंतिम भागों को स्थिर करने और उन्हें परमाणु मैट्रिक्स से जोड़ने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उदाहरण के लिए, सेल कल्चर के अंतिम मार्ग और बुजुर्ग लोगों के सेल कल्चर में टेलोमेरेस की लंबाई कम हो जाती है। टेलोमेर की लंबाई और टेलोमेरेज़ गतिविधि के बीच एक संबंध पाया गया है।

उम्र बढ़ने के दौरान अर्जित कोशिका क्षति मुक्त कणों के प्रभाव में होती है। इन क्षतियों का कारण आयनीकृत विकिरण के संपर्क में आना या विटामिन ई, ग्लूटाथियोन पेरोक्सीडेज जैसे एंटीऑक्सीडेंट रक्षा तंत्र की गतिविधि में प्रगतिशील कमी हो सकता है। मुक्त कणों से कोशिका क्षति लिपोफ़सिन के संचय के साथ होती है, लेकिन वर्णक स्वयं कोशिका के लिए विषाक्त नहीं होता है। इसके अलावा, एसपीओएल और मुक्त कण नाभिक और माइटोकॉन्ड्रिया दोनों में न्यूक्लिक एसिड को नुकसान पहुंचाते हैं। उम्र बढ़ने के साथ माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए में उत्परिवर्तन और विनाश नाटकीय हो जाता है। मुक्त ऑक्सीजन कण एंजाइमों सहित प्रोटीन के संशोधनों के निर्माण को भी उत्प्रेरित करते हैं, जिससे वे साइटोसोल में निहित तटस्थ और क्षारीय प्रोटीज के हानिकारक प्रभावों के प्रति संवेदनशील हो जाते हैं, जिससे कोशिका कार्यों में और अधिक व्यवधान होता है।

अंतरकोशिकीय और बाह्यकोशिकीय प्रोटीन में पोस्ट-ट्रांसलेशनल परिवर्तन भी उम्र के साथ होते हैं। ऐसे परिवर्तनों में से एक प्रकार प्रोटीन का गैर-एंजाइमी ग्लाइकोसिलेशन है। उदाहरण के लिए, लेंस प्रोटीन का आयु-संबंधित ग्लाइकोसिलेशन वृद्ध मोतियाबिंद का आधार बनता है।

अंत में, उम्र बढ़ने के दौरान प्रायोगिक पशुओं में इन विट्रो में तनाव प्रोटीन के खराब गठन का प्रमाण है। तनाव प्रोटीन का निर्माण विभिन्न तनावों से सुरक्षा का सबसे महत्वपूर्ण तंत्र है।

कोशिका उम्र बढ़ना एक बहुक्रियात्मक प्रक्रिया है और प्राचीन काल से ही यह वैज्ञानिकों के लिए चिंता का विषय रहा है। इस प्रक्रिया में सेलुलर उम्र बढ़ने के अंतर्जात आणविक कार्यक्रमों के साथ-साथ कोशिका अस्तित्व प्रक्रियाओं में प्रगतिशील हस्तक्षेप के लिए बहिर्जात प्रभाव शामिल हैं।

उम्र के साथ, कई सेलुलर कार्य उत्तरोत्तर प्रभावित होते जाते हैं। उम्र बढ़ने वाली कोशिकाओं में पोषक तत्वों को अवशोषित करने और क्रोमोसोमल क्षति की मरम्मत करने की क्षमता कम हो जाती है। उम्र बढ़ने वाली कोशिकाओं में रूपात्मक परिवर्तन, जिसमें माइटोकॉन्ड्रिया में ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण और उनके रिक्तीकरण की गतिविधि कम हो जाती है, एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम कम हो जाता है, और एंजाइम और सेल रिसेप्टर्स के संश्लेषण की गतिविधि कम हो जाती है। उम्र बढ़ने की प्रक्रिया के दौरान कोशिका केन्द्रक में क्या परिवर्तन होते हैं?

कोशिका केंद्रकआनुवंशिक सामग्री के भंडारण और कार्यान्वयन का स्थान है - कोशिका में प्रोटीन संश्लेषण प्रक्रियाओं के निर्माण और विनियमन की योजना।

मुख्य कर्नेल घटकहैं:

• आणविक झिल्ली;
• क्रोमेटिन;
• न्यूक्लियोलस;
• परमाणु मैट्रिक्स.

केन्द्रक सदैव कोशिका में एक विशिष्ट स्थान पर स्थित होता है। कोशिका केन्द्रक द्वारा किए जाने वाले मुख्य कार्य आनुवंशिक जानकारी का भंडारण, उपयोग और संचरण हैं। इसके अलावा, नाभिक राइबोसोमल सबयूनिट के निर्माण के लिए जिम्मेदार है।

किसी कोशिका में केन्द्रक दो अवस्थाओं में हो सकता है: माइटोटिक (विभाजन के दौरान) और इंटरफेज़ (विभाजनों के बीच)। इंटरफ़ेज़ के दौरान, एक माइक्रोस्कोप के तहत, जीवित कोशिका के केंद्रक में केवल न्यूक्लियोलस दिखाई देता है, और यह ऑप्टिकली खाली दिखाई देता है। धागे और अनाज के रूप में नाभिक की संरचना केवल तभी देखी जा सकती है जब कोशिका हानिकारक कारकों के संपर्क में आती है, जब यह जीवन और मृत्यु के बीच सीमा रेखा की स्थिति में गुजरती है। इस अवस्था से कोशिका सामान्य जीवन में लौट सकती है या मर सकती है।

आणविक झिल्ली - मुख्य कार्य बाधा है. यह नाभिक की सामग्री को साइटोप्लाज्म से अलग करने, नाभिक और साइटोप्लाज्म के बीच मैक्रोमोलेक्यूल्स के मुक्त परिवहन को सीमित करने के साथ-साथ इंट्रान्यूक्लियर ऑर्डर बनाने - क्रोमोसोमल सामग्री को ठीक करने के लिए जिम्मेदार है। परमाणु आवरण में एक बाहरी और एक आंतरिक परमाणु झिल्ली होती है।

परमाणु आवरण की बाहरी झिल्ली, जो कोशिका के साइटोप्लाज्म के सीधे संपर्क में होती है, में कई संरचनात्मक विशेषताएं होती हैं जो इसे एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम की झिल्ली प्रणाली के हिस्से के रूप में वर्गीकृत करने की अनुमति देती हैं। सबसे पहले, ऐसी विशेषताओं में हाइलोप्लाज्म पक्ष पर कई पॉलीराइबोसोम की उपस्थिति शामिल है, और बाहरी परमाणु झिल्ली सीधे दानेदार एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम की झिल्ली में बदल सकती है।

आंतरिक परमाणु झिल्ली नाभिक के गुणसूत्र सामग्री से जुड़ी होती है। कैरियोप्लाज्म पक्ष पर, तथाकथित फाइब्रिलर परत, जिसमें फाइब्रिल होते हैं, आंतरिक परमाणु झिल्ली से सटी होती है, लेकिन यह सभी कोशिकाओं की विशेषता नहीं होती है।

परमाणु आवरण सतत नहीं है। इसमें परमाणु छिद्र होते हैं, जो दो परमाणु झिल्लियों के संलयन के परिणामस्वरूप बनते हैं। इस मामले में, गोल छेद बनते हैं। परमाणु आवरण में ये छिद्र जटिल गोलाकार और तंतुमय संरचनाओं से भरे होते हैं। परमाणु छिद्रों की संख्या कोशिकाओं की चयापचय गतिविधि पर निर्भर करती है: कोशिका में सिंथेटिक प्रक्रियाएं जितनी अधिक तीव्र होती हैं, कोशिका नाभिक की प्रति इकाई सतह पर उतने ही अधिक छिद्र होते हैं।

क्रोमेटिन(ग्रीक क्रोमा से - रंग, पेंट) इंटरफ़ेज़ न्यूक्लियस की मुख्य संरचना है। रासायनिक रूप से, यह हेलीसिटी (घुमाव) की अलग-अलग डिग्री के प्रोटीन और डीएनए का एक जटिल है। डीएनए न्यूक्लियोटाइड्स का एक अनुक्रम है, जो सभी के लिए व्यक्तिगत और अद्वितीय है। यह एक अद्वितीय सिफर या कोड है जो शरीर की संरचना, कार्यप्रणाली और विकास (उम्र बढ़ने) की विशेषताओं को निर्धारित करता है। यानी उम्र बढ़ने के लक्षण विरासत में मिलते हैं।

रूपात्मक रूप से, दो प्रकार के क्रोमैटिन प्रतिष्ठित हैं: हेटरोक्रोमैटिन और यूक्रोमैटिन। हेट्रोक्रोमैटिनक्रोमोसोम क्षेत्रों से मेल खाता है जो इंटरफेज़ में आंशिक रूप से संघनित होता है और कार्यात्मक रूप से निष्क्रिय होता है। यूक्रोमैटिन- ये इंटरफ़ेज़, कार्यात्मक रूप से सक्रिय क्रोमैटिन में विघटित गुणसूत्रों के खंड हैं।

माइटोसिस के दौरान, सभी यूक्रोमैटिन अधिकतम रूप से संघनित होते हैं और गुणसूत्रों का हिस्सा बन जाते हैं। इस अवधि के दौरान, गुणसूत्र कोई सिंथेटिक कार्य नहीं करते हैं। कभी-कभी, कुछ मामलों में, संपूर्ण गुणसूत्र इंटरफ़ेज़ के दौरान संघनित अवस्था में रह सकता है, और इसमें चिकनी हेटरोक्रोमैटिन की उपस्थिति होती है। उदाहरण के लिए, महिला शरीर की दैहिक कोशिकाओं के एक्स गुणसूत्रों में से एक भ्रूणजनन के प्रारंभिक चरण (विखंडन के दौरान) में हेटरोक्रोमैटाइजेशन के अधीन है और कार्य नहीं करता है। इस क्रोमैटिन को सेक्स क्रोमैटिन या बर्र बॉडीज़ कहा जाता है।

क्रोमैटिन प्रोटीन इसके शुष्क द्रव्यमान का 60-70% बनाते हैं और दो समूहों द्वारा दर्शाए जाते हैं:

• हिस्टोन प्रोटीन;
• गैर-हिस्टोन प्रोटीन.

हिस्टोन प्रोटीन(हिस्टोन) क्षारीय प्रोटीन होते हैं जिनमें मूल अमीनो एसिड (मुख्य रूप से लाइसिन, आर्जिनिन) होते हैं। वे डीएनए अणु की लंबाई के साथ ब्लॉक के रूप में असमान रूप से व्यवस्थित होते हैं। एक ब्लॉक में 8 हिस्टोन अणु होते हैं जो एक न्यूक्लियोसोम बनाते हैं। न्यूक्लियोसोम का निर्माण डीएनए के संघनन और सुपरकोलिंग से होता है।

गैर-हिस्टोन प्रोटीन हिस्टोन की मात्रा का 20% बनाते हैं और इंटरफ़ेज़ नाभिक में नाभिक के अंदर एक संरचनात्मक नेटवर्क बनाते हैं, जिसे परमाणु प्रोटीन मैट्रिक्स कहा जाता है। यह मैट्रिक्स उस मचान का प्रतिनिधित्व करता है जो नाभिक की आकृति विज्ञान और चयापचय को निर्धारित करता है।

न्यूक्लियस- नाभिक की सबसे सघन संरचना, यह गुणसूत्र का व्युत्पन्न है, इसके लोकी में से एक है जिसमें इंटरफेज़ में आरएनए की उच्चतम सांद्रता और सक्रिय संश्लेषण है, लेकिन यह एक स्वतंत्र संरचना या अंग नहीं है।

न्यूक्लियोलस में एक विषम संरचना होती है और इसमें दो मुख्य घटक होते हैं - दानेदार और फाइब्रिलर। दानेदार घटक को कणिकाओं (परिपक्व राइबोसोमल सबयूनिट) द्वारा दर्शाया जाता है और परिधि के साथ स्थानीयकृत किया जाता है। फाइब्रिलर घटक राइबोसोम अग्रदूतों के राइबोन्यूक्लियोप्रोटीन स्ट्रैंड हैं, जो न्यूक्लियोलस के मध्य भाग में केंद्रित होते हैं।

न्यूक्लियोली की अल्ट्रास्ट्रक्चर आरएनए संश्लेषण की गतिविधि पर निर्भर करती है: संश्लेषण के उच्च स्तर पर, न्यूक्लियोलस में बड़ी संख्या में कणिकाओं का पता लगाया जाता है; जब संश्लेषण बंद हो जाता है, तो कणिकाओं की संख्या कम हो जाती है, और न्यूक्लियोली बेसोफिलिक के घने फाइब्रिलर स्ट्रैंड में बदल जाती है प्रकृति।

परमाणु मैट्रिक्स (कार्योप्लाज्म) केन्द्रक का तरल भाग है जो क्रोमैटिन और न्यूक्लियोली के बीच की जगह को भरता है।

कैरियोप्लाज्म में मुख्य रूप से प्रोटीन, मेटाबोलाइट्स, आयन होते हैं। परमाणु आवरण की रेशेदार परत परमाणु मैट्रिक्स का हिस्सा है। परमाणु कंकाल संभवतः प्रोटीन रीढ़ के निर्माण में योगदान देता है जिससे डीएनए लूप जुड़े होते हैं।

कोशिकाओं की शारीरिक उम्र बढ़नाविकास की अपरिवर्तनीय समाप्ति की स्थिति है। शरीर की उम्र बढ़ना सेलुलर उम्र बढ़ने पर आधारित है। जो, बदले में, जीनोम पुनर्गठन के कारण होता है जो टेलोमेयर छोटा होने और डीएनए मरम्मत प्रणालियों में दोषों के परिणामस्वरूप होता है।

यह सिद्ध हो चुका है कि उम्र बढ़ने वाली कोशिकाओं में, विशिष्ट जीन सक्रिय हो जाते हैं, नियामक क्षतिग्रस्त हो जाते हैं और विकास अवरोधक उत्तेजित हो जाते हैं, और अन्य आनुवंशिक तंत्र भी सक्रिय हो जाते हैं। वैज्ञानिकों का सुझाव है कि जीन दोष क्रोमोसोम के टेलोमेरिक छोटे होने के कारण हो सकता है।

टेलोमेरेस गुणसूत्रों के अंतिम भागों को स्थिर करने और उन्हें परमाणु मैट्रिक्स से जोड़ने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। वृद्ध लोगों की कोशिकाओं में टेलोमेयर की लंबाई कम हो जाती है। टेलोमेर की लंबाई और टेलोमेरेज़ की गतिविधि के बीच एक संबंध खोजा गया है, जिसके परिणामस्वरूप कोशिका गुणसूत्रों के टेलोमेरिक क्षेत्रों की लंबाई बढ़ जाती है या स्थिर स्तर पर रहती है।

वृद्ध कोशिकाएं युवा कोशिकाओं की तरह नहीं दिखती हैं, और यह अतिरिक्त डीएनए टुकड़ों और गलत सेलुलर प्रोटीन के संचय के साथ-साथ न्यूक्लियोलस (कोशिका नाभिक में स्थित प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड का एक समूह) में असामान्य संरचनाओं की उपस्थिति में प्रकट होता है। . साथ ही, ये कोशिकाएं प्रतिकृतिशील उम्र बढ़ने के अधीन हैं, यानी, वे एक निश्चित संख्या में (लगभग 50) विभाजित करने में सक्षम हैं।

वैज्ञानिकों ने इसका पता भी लगा लिया है कुछ मामलों में काउंटर को रीसेट करना संभव है. साथ ही यह पता लगाना संभव हो सका कि विशेष एनडीटी80 जीन कैसे सक्रिय होता है। इस जीन की अपेक्षित भूमिका को सत्यापित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने इसे एक पुरानी और गैर-प्रजनन कोशिका में सक्रिय किया। एनडीटी80 को शामिल करने से दोहरा प्रभाव पड़ा - कोशिका सामान्य से दोगुनी समय तक जीवित रही, और न्यूक्लियोलस में उम्र से संबंधित दोषों को ठीक किया गया। यह इंगित करता है कि न्यूक्लियर असामान्यताएं सेलुलर उम्र बढ़ने की कुंजी में से एक हैं (दूसरी कुंजी, टेलोमेरिक, का बेहतर अध्ययन किया गया है)। दुर्भाग्य से, यह अभी तक स्पष्ट नहीं है कि सेल घड़ी को रीसेट करने का तंत्र कैसे काम करता है। यह केवल ज्ञात है कि NDT80 जीन द्वारा एन्कोड किया गया प्रोटीन एक प्रतिलेखन कारक है, अर्थात यह एक ट्रिगर के रूप में कार्य करता है - यह कोशिका में अन्य जीन को सक्रिय करता है।

उम्र बढ़ने के मुक्त मूलक सिद्धांत के अनुयायियों का मानना ​​है कि उम्र बढ़ने के दौरान अर्जित कोशिका क्षति मुक्त कणों के प्रभाव में होती है। इस क्षति का कारण आयनीकृत विकिरण के संपर्क में आना या विटामिन ई जैसे एंटीऑक्सीडेंट रक्षा तंत्र की गतिविधि में प्रगतिशील गिरावट हो सकता है। इसके अलावा, मुक्त कण नाभिक और माइटोकॉन्ड्रिया दोनों में न्यूक्लिक एसिड को नुकसान पहुंचाते हैं। माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए में उत्परिवर्तन और विनाश उम्र के साथ बस "नाटकीय" हो जाते हैं। मुक्त ऑक्सीजन कण एंजाइमों सहित प्रोटीन के संशोधनों के निर्माण को भी उत्प्रेरित करते हैं, जिससे वे साइटोसोल में निहित तटस्थ और क्षारीय प्रोटीज के हानिकारक प्रभावों के प्रति संवेदनशील हो जाते हैं, जिससे कोशिका कार्यों में और अधिक व्यवधान होता है।

अंतरकोशिकीय और बाह्यकोशिकीय प्रोटीन में पोस्ट-ट्रांसलेशनल परिवर्तन भी उम्र के साथ होते हैं। ऐसे परिवर्तनों में से एक प्रकार प्रोटीन का गैर-एंजाइमी ग्लाइकोसिलेशन है। उदाहरण के लिए, लेंस प्रोटीन का आयु-संबंधित ग्लाइकोसिलेशन वृद्ध मोतियाबिंद का आधार बनता है।

इस प्रकार, सेलुलर उम्र बढ़ने की प्रक्रिया विविध है। यह विभिन्न कारकों द्वारा ट्रिगर होता है और विभिन्न सिग्नलिंग मार्गों से गुजरता है। अलग-अलग कोशिकाओं में उम्र बढ़ने की प्रक्रिया अलग-अलग होती है, समय के अलग-अलग बिंदुओं पर होती है, लेकिन किसी भी मामले में कोशिका की शिथिलता और मृत्यु हो जाती है। सेलुलर उम्र बढ़ने के कारणों और शरीर की समग्र उम्र बढ़ने पर इसके प्रभाव की चर्चा अभी तक नहीं हुई है, और वैज्ञानिकों को अभी भी कई सवालों के जवाब नहीं मिले हैं जो उम्र बढ़ने से निपटने के साधनों के विकास के लिए महत्वपूर्ण हैं।

• सेलुलर सौंदर्य प्रसाधन सेलकॉस्मेट और सेलमेन (स्विट्ज़रलैंड)
• सौंदर्य प्रसाधन "डॉक्टर स्पीलर बायोकॉस्मेटिक" ( डॉ स्पिलर)
• सौंदर्य इंजेक्शन

"बायो/मोल/टेक्स्ट" प्रतियोगिता के लिए आलेख: फ़ाइब्रोब्लास्ट संस्कृतियों में कोशिका उम्र बढ़ने की घटना को सिद्ध हुए 50 वर्ष से अधिक समय बीत चुका है, लेकिन पुरानी कोशिकाओं का अस्तित्व जीव मेंलंबे समय से पूछताछ की गई है। उम्र बढ़ने का कोई सबूत नहीं था व्यक्तिगत कोशिकाएँहर चीज़ की उम्र बढ़ने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है शरीर. हाल के वर्षों में, कोशिका उम्र बढ़ने के आणविक तंत्र और कैंसर और सूजन के साथ उनके संबंध की खोज की गई है। आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, सूजन लगभग सभी उम्र से संबंधित बीमारियों की उत्पत्ति में अग्रणी भूमिका निभाती है, जो अंततः शरीर में मृत्यु का कारण बनती है। यह पता चला कि पुरानी कोशिकाएं, एक ओर, ट्यूमर दमनकर्ता के रूप में कार्य करती हैं (क्योंकि वे अपरिवर्तनीय रूप से खुद को विभाजित करना बंद कर देती हैं और आसपास की कोशिकाओं के परिवर्तन के जोखिम को कम कर देती हैं), और दूसरी ओर, पुरानी कोशिकाओं का विशिष्ट चयापचय सूजन पैदा कर सकता है और पड़ोसी पूर्वकैंसर कोशिकाओं का घातक कोशिकाओं में अध:पतन। अंगों और ऊतकों में पुरानी कोशिकाओं को चुनिंदा रूप से खत्म करने वाली दवाओं का क्लिनिकल परीक्षण वर्तमान में चल रहा है, जिससे अंगों और कैंसर में अपक्षयी परिवर्तन को रोका जा सके।

मानव शरीर में लगभग 300 प्रकार की कोशिकाएँ हैं, और वे सभी दो बड़े समूहों में विभाजित हैं: कुछ विभाजित और गुणा हो सकती हैं (अर्थात, वे समसूत्री रूप से सक्षम), और दूसरे - पोस्टमिटोटिक- विभाजित न करें: ये न्यूरॉन्स हैं जो भेदभाव, कार्डियोमायोसाइट्स, दानेदार ल्यूकोसाइट्स और अन्य के चरम चरण तक पहुंच गए हैं।

हमारे शरीर में नवीनीकृत होने वाले ऊतक होते हैं, जिनमें लगातार विभाजित होने वाली कोशिकाओं का एक पूल होता है जो नष्ट हो चुकी या मर रही कोशिकाओं का स्थान ले लेते हैं। ऐसी कोशिकाएं आंतों के क्रिप्ट में, त्वचा उपकला की बेसल परत में और अस्थि मज्जा (हेमेटोपोएटिक कोशिकाओं) में पाई जाती हैं। कोशिका नवीनीकरण काफी तीव्रता से हो सकता है: उदाहरण के लिए, अग्न्याशय में संयोजी ऊतक कोशिकाएं हर 24 घंटे में बदल जाती हैं, गैस्ट्रिक म्यूकोसा की कोशिकाएं - हर तीन दिन में, ल्यूकोसाइट्स - हर 10 दिन में, त्वचा कोशिकाएं - हर छह सप्ताह में, लगभग 70 ग्राम का प्रसार होता है छोटी आंत की कोशिकाएं हर दिन शरीर से बाहर निकल जाती हैं।

स्टेम कोशिकाएँ, जो लगभग सभी अंगों और ऊतकों में मौजूद होती हैं, असीमित रूप से विभाजित होने में सक्षम होती हैं। ऊतक पुनर्जनन स्टेम कोशिकाओं के प्रसार के कारण होता है, जो न केवल विभाजित हो सकते हैं, बल्कि उन ऊतकों की कोशिकाओं में भी विभेदित हो सकते हैं जिनका पुनर्जनन होता है। स्टेम कोशिकाएं मायोकार्डियम, मस्तिष्क (हिप्पोकैम्पस और घ्राण बल्ब में) और अन्य ऊतकों में पाई जाती हैं। यह न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों और मायोकार्डियल रोधगलन के उपचार के लिए बहुत बड़ी संभावनाएं रखता है।

ऊतकों का लगातार नवीनीकरण जीवन प्रत्याशा बढ़ाने में मदद करता है। जब कोशिकाएं विभाजित होती हैं, तो ऊतक कायाकल्प होता है: क्षतिग्रस्त कोशिकाओं की जगह नई कोशिकाएं आती हैं, जबकि मरम्मत (डीएनए क्षति का उन्मूलन) अधिक तीव्रता से होती है और ऊतक क्षति के मामले में पुनर्जनन संभव होता है। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि कशेरुकियों का जीवनकाल अकशेरुकी प्राणियों की तुलना में काफी लंबा होता है - वही कीड़े जिनकी कोशिकाएँ वयस्कों के रूप में विभाजित नहीं होती हैं।

लेकिन साथ ही, नवीनीकरण करने वाले ऊतक हाइपरप्रोलिफरेशन के अधीन होते हैं, जिससे घातक ट्यूमर सहित ट्यूमर का निर्माण होता है। यह कोशिका विभाजन के अनियमित होने और सक्रिय रूप से विभाजित होने वाली कोशिकाओं में उत्परिवर्तन की बढ़ी हुई दर के कारण होता है। आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, किसी कोशिका को दुर्दमता का गुण प्राप्त करने के लिए 4-6 उत्परिवर्तन की आवश्यकता होती है। उत्परिवर्तन शायद ही कभी होते हैं, और किसी कोशिका के कैंसरग्रस्त होने के लिए - इसकी गणना मानव फ़ाइब्रोब्लास्ट के लिए की जाती है - लगभग 100 विभाजन होने चाहिए (विभाजन की यह संख्या आमतौर पर 40 वर्ष की आयु के आसपास के व्यक्ति में होती है)।

हालाँकि, यह याद रखने योग्य है कि उत्परिवर्तन अलग-अलग उत्परिवर्तन होते हैं, और नवीनतम जीनोमिक शोध के अनुसार, प्रत्येक पीढ़ी में एक व्यक्ति लगभग 60 नए उत्परिवर्तन प्राप्त करता है (जो उसके माता-पिता के डीएनए में नहीं थे)। जाहिर है, उनमें से अधिकतर काफी तटस्थ हैं (देखें "एक हजार से अधिक पारित: मानव जीनोमिक्स का तीसरा चरण")। - ईडी।

खुद को खुद से बचाने के लिए शरीर में विशेष कोशिकीय तंत्र बन गए हैं ट्यूमर दमन. उनमें से एक प्रतिकृति कोशिका उम्र बढ़ने है ( बुढ़ापा), जिसमें कोशिका चक्र के G1 चरण में कोशिका विभाजन को अपरिवर्तनीय रूप से रोकना शामिल है। उम्र बढ़ने के साथ, कोशिका विभाजित होना बंद कर देती है: यह विकास कारकों पर प्रतिक्रिया नहीं करती है और एपोप्टोसिस के प्रति प्रतिरोधी हो जाती है।

हेफ्लिक सीमा

कोशिका उम्र बढ़ने की घटना की खोज सबसे पहले 1961 में लियोनार्ड हेफ्लिक और उनके सहयोगियों ने फ़ाइब्रोब्लास्ट कल्चर का उपयोग करके की थी। यह पता चला कि मानव फ़ाइब्रोब्लास्ट की संस्कृति में कोशिकाएं, अच्छी परिस्थितियों में, सीमित समय तक जीवित रहती हैं और लगभग 50 ± 10 गुना दोगुनी होने में सक्षम होती हैं - और इस संख्या को हेफ़्लिक सीमा कहा जाने लगा। हेफ़्लिक की खोज से पहले, प्रचलित दृष्टिकोण यह था कि कोशिकाएँ अमर हैं, और उम्र बढ़ना और मृत्यु समग्र रूप से जीव की संपत्ति है।

कैरेल के प्रयोगों के कारण इस अवधारणा को बड़े पैमाने पर अकाट्य माना गया, जिन्होंने 34 वर्षों तक चिकन हृदय कोशिकाओं की संस्कृति को बनाए रखा (यह उनकी मृत्यु के बाद ही खारिज कर दिया गया था)। हालाँकि, जैसा कि बाद में पता चला, कैरेल की संस्कृति की अमरता एक कलाकृति थी, क्योंकि भ्रूण सीरम के साथ, जिसे कोशिका वृद्धि के लिए संस्कृति माध्यम में जोड़ा गया था, भ्रूण कोशिकाएं स्वयं वहां पहुंच गईं (और, सबसे अधिक संभावना है, कैरेल की संस्कृति थी) अब वह पहले जैसा नहीं रहा)।

कैंसर कोशिकाएं वास्तव में अमर हैं। इस प्रकार, 1951 में हेनरीएटा लैक्स के गर्भाशय ग्रीवा के ट्यूमर से अलग की गई हेला कोशिकाएं, अभी भी साइटोलॉजिस्ट द्वारा उपयोग की जाती हैं (विशेष रूप से, हेला कोशिकाओं का उपयोग करके पोलियो के खिलाफ एक टीका विकसित किया गया था)। ये कोशिकाएँ अंतरिक्ष तक भी जा चुकी हैं।

हेनरीटा लैक्स की अमरता की आकर्षक कहानी के लिए, "द इम्मोर्टल सेल्स ऑफ़ हेनरीटा लैक्स" और "द वारिस ऑफ़ हेला सेल्स" देखें। - ईडी।

जैसा कि यह निकला, हेफ़्लिक सीमा उम्र पर निर्भर करती है: व्यक्ति जितना बड़ा होगा, उसकी कोशिकाएं संस्कृति में उतनी ही कम बार दोगुनी होंगी। यह दिलचस्प है कि डीफ्रॉस्टिंग और उसके बाद की खेती के दौरान जमी हुई कोशिकाएं जमने से पहले विभाजनों की संख्या को याद रखती हैं। वास्तव में, कोशिका के अंदर एक "विभाजन काउंटर" होता है, और एक निश्चित सीमा (हेफ्लिक सीमा) तक पहुंचने पर, कोशिका विभाजित होना बंद कर देती है - यह वृद्ध हो जाती है। सेन्सेंट (पुरानी) कोशिकाओं की एक विशिष्ट आकृति विज्ञान होती है - वे बड़ी, चपटी, बड़े नाभिक वाली, अत्यधिक रिक्तिकायुक्त होती हैं, उनकी जीन अभिव्यक्ति प्रोफ़ाइल बदल जाती है। ज्यादातर मामलों में वे एपोप्टोसिस के प्रति प्रतिरोधी होते हैं।

हालाँकि, शरीर की उम्र बढ़ने को केवल कोशिकाओं की उम्र बढ़ने तक ही सीमित नहीं किया जा सकता है। यह बहुत अधिक जटिल प्रक्रिया है. एक युवा शरीर में बूढ़ी कोशिकाएँ होती हैं, लेकिन उनकी संख्या बहुत कम होती है! जब उम्र बढ़ने के साथ उम्र बढ़ने वाली कोशिकाएं ऊतकों में जमा हो जाती हैं, तो अपक्षयी प्रक्रियाएं शुरू हो जाती हैं जो उम्र से संबंधित बीमारियों को जन्म देती हैं। इन रोगों के कारकों में से एक तथाकथित वृद्धावस्था है "बाँझ" सूजन, जो कि वृद्ध कोशिकाओं द्वारा प्रिनफ्लेमेटरी साइटोकिन्स की अभिव्यक्ति से जुड़ा है।

जैविक उम्र बढ़ने का एक अन्य महत्वपूर्ण कारक गुणसूत्रों और उनकी युक्तियों - टेलोमेरेस की संरचना है।

उम्र बढ़ने का टेलोमेयर सिद्धांत

चित्र 1. टेलोमेरेस गुणसूत्रों के सिरे हैं।चूँकि मनुष्य में गुणसूत्रों के 23 जोड़े (अर्थात 46 टुकड़े) होते हैं, इसलिए 92 टेलोमेर होते हैं।

1971 में, हमारे हमवतन एलेक्सी मतवेयेविच ओलोवनिकोव ने सुझाव दिया कि हेफ़्लिक सीमा रैखिक गुणसूत्रों के टर्मिनल वर्गों के "अंडररेप्लिकेशन" से जुड़ी है (उनका एक विशेष नाम है - टेलोमेयर). तथ्य यह है कि कोशिका विभाजन के प्रत्येक चक्र में, डीएनए पोलीमरेज़ की सिरे से डीएनए की एक प्रति को संश्लेषित करने में असमर्थता के कारण टेलोमेरेस छोटे हो जाते हैं। इसके अलावा, ओलोव्निकोव ने अस्तित्व की भविष्यवाणी की टेलोमिरेज(एक एंजाइम जो गुणसूत्रों के सिरों पर दोहराए जाने वाले डीएनए अनुक्रम जोड़ता है), इस तथ्य पर आधारित है कि अन्यथा सक्रिय रूप से विभाजित कोशिकाओं में डीएनए जल्दी से "खाया" जाएगा और आनुवंशिक सामग्री खो जाएगी। (समस्या यह है कि टेलोमेरेज़ गतिविधि अधिकांश विभेदित कोशिकाओं में फीकी पड़ जाती है।)

टेलोमेरेस (चित्र 1) एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं: वे गुणसूत्रों के सिरों को स्थिर करते हैं, जो अन्यथा, जैसा कि साइटोजेनेटिक्स कहते हैं, "चिपचिपा" हो जाएगा, अर्थात। विभिन्न गुणसूत्र विपथन के प्रति संवेदनशील, जिससे आनुवंशिक सामग्री का क्षरण होता है। टेलोमेरेस में दोहराए गए (1000-2000 बार) अनुक्रम (5′-टीटीएजीजीजी-3′) होते हैं, जो प्रत्येक क्रोमोसोमल टिप पर कुल 10-15 हजार न्यूक्लियोटाइड जोड़े देते हैं। 3′ सिरे पर, टेलोमेरेस में एक लंबा एकल-फंसे डीएनए क्षेत्र (150-200 न्यूक्लियोटाइड्स) होता है, जो लैस्सो-प्रकार के लूप के निर्माण में शामिल होता है (चित्र 2)। कई प्रोटीन टेलोमेर से जुड़े होते हैं, जो एक सुरक्षात्मक "कैप" बनाते हैं - इस कॉम्प्लेक्स को कहा जाता है आश्रय(चित्र 3)। शेल्टरिन टेलोमेर को न्यूक्लियस और आसंजन की क्रिया से बचाता है और, जाहिर है, यह वह है जो गुणसूत्र की अखंडता को संरक्षित करता है।

चित्र 2. टेलोमेयर संरचना और संरचना।टेलोमेरेज़ गतिविधि की अनुपस्थिति में बार-बार कोशिका विभाजन से टेलोमेरेज़ छोटा हो जाता है और प्रतिकृति बुढ़ापा.

चित्र 3. टेलोमेरिक कॉम्प्लेक्स की संरचना ( शेल्टरिना). टेलोमेरेस क्रोमोसोम के सिरों पर पाए जाते हैं और अग्रानुक्रम टीटीएजीजीजी दोहराव से मिलकर बने होते हैं जो 32-मेर सिंगल-स्ट्रैंड ओवरहैंग में समाप्त होते हैं। टेलोमेरिक डीएनए से संबद्ध आश्रय- छह प्रोटीनों का एक परिसर: TRF1, TRF2, RAP1, TIN2, TPP1 और POT1।

गुणसूत्रों के असुरक्षित सिरों को कोशिका द्वारा आनुवंशिक सामग्री की क्षति के रूप में माना जाता है, जो डीएनए की मरम्मत को सक्रिय करता है। टेलोमेरिक कॉम्प्लेक्स, शेल्टरिन के साथ मिलकर, क्रोमोसोम युक्तियों को "स्थिर" करता है, पूरे क्रोमोसोम को विनाश से बचाता है। वृद्ध कोशिकाओं में, टेलोमेरेस का गंभीर रूप से छोटा होना इस सुरक्षात्मक कार्य को बाधित करता है, और इसलिए क्रोमोसोमल विपथन बनने लगते हैं, जो अक्सर घातकता का कारण बनते हैं। ऐसा होने से रोकने के लिए, विशेष आणविक तंत्र कोशिका विभाजन को रोकते हैं, और कोशिका एक अवस्था में चली जाती है बुढ़ापा- कोशिका चक्र की अपरिवर्तनीय गिरफ्तारी। इस मामले में, कोशिका को पुन: उत्पन्न करने में सक्षम नहीं होने की गारंटी दी जाती है, जिसका अर्थ है कि यह ट्यूमर बनाने में सक्षम नहीं होगी। वृद्धावस्था की क्षीण क्षमता वाली कोशिकाओं में (जो टेलोमेयर डिसफंक्शन के बावजूद पुनरुत्पादित होती हैं), क्रोमोसोमल विपथन बनते हैं।

टेलोमेरेस की लंबाई और उनके छोटे होने की दर उम्र पर निर्भर करती है। मनुष्यों में, टेलोमेयर की लंबाई जन्म के समय 15 हजार न्यूक्लियोटाइड जोड़े (केबी) से लेकर 5 केबी तक होती है। पुरानी बीमारियों के लिए. टेलोमेयर की लंबाई 18 महीने की उम्र में अधिकतम होती है और फिर तेजी से घटकर 12 केबी हो जाती है। पांच साल की उम्र तक. इसके बाद छोटा करने की गति कम हो जाती है.

टेलोमेरेस अलग-अलग लोगों में अलग-अलग दरों पर छोटे होते हैं। तो, यह गति तनाव से काफी प्रभावित होती है। ई. ब्लैकबर्न (फिजियोलॉजी या मेडिसिन में नोबेल पुरस्कार विजेता 2009) ने पाया कि जो महिलाएं लगातार तनाव में रहती हैं (उदाहरण के लिए, लंबे समय से बीमार बच्चों की मां) उनके साथियों की तुलना में काफी छोटे टेलोमेर होते हैं (लगभग दस साल!)। ई. ब्लैकबर्न की प्रयोगशाला ने टेलोमेयर लंबाई के आधार पर लोगों की "जैविक आयु" निर्धारित करने के लिए एक व्यावसायिक परीक्षण विकसित किया है।

दिलचस्प बात यह है कि चूहों के टेलोमेर बहुत लंबे होते हैं (50-40 केबी, मनुष्यों में 10-15 केबी की तुलना में)। प्रयोगशाला चूहों के कुछ उपभेदों में, टेलोमेयर की लंबाई 150 केबी तक पहुंच जाती है। इसके अलावा, चूहों में टेलोमेरेज़ हमेशा सक्रिय रहता है, जो टेलोमेरेज़ को छोटा होने से रोकता है। हालाँकि, जैसा कि सभी जानते हैं, इससे चूहे अमर नहीं हो जाते। इतना ही नहीं, बल्कि उनमें मनुष्यों की तुलना में बहुत अधिक दर पर ट्यूमर विकसित होता है, जिससे पता चलता है कि ट्यूमर रक्षा तंत्र के रूप में टेलोमेयर को छोटा करना चूहों में काम नहीं करता है।

विभिन्न स्तनधारियों में टेलोमेर की लंबाई और टेलोमेरेज़ गतिविधि की तुलना करने पर, यह पता चला कि प्रतिकृति कोशिका उम्र बढ़ने की विशेषता वाली प्रजातियों में लंबा जीवनकाल और अधिक वजन होता है। उदाहरण के लिए, ये व्हेल हैं, जिनका जीवनकाल 200 वर्ष तक पहुँच सकता है। ऐसे जीवों के लिए, प्रतिकृति उम्र बढ़ना बिल्कुल आवश्यक है, क्योंकि बहुत से विभाजन कई उत्परिवर्तन उत्पन्न करते हैं जिनका किसी तरह मुकाबला किया जाना चाहिए। संभवतः, प्रतिकृति उम्र बढ़ने एक ऐसी लड़ाई तंत्र है, जो टेलोमेरेज़ के दमन के साथ भी है।

विभेदित कोशिकाओं की उम्र बढ़ने की प्रक्रिया अलग-अलग होती है। न्यूरॉन्स और कार्डियोमायोसाइट्स दोनों की उम्र बढ़ती है, लेकिन वे विभाजित नहीं होते हैं! उदाहरण के लिए, लिपोफ़सिन उनमें जमा हो जाता है, एक बूढ़ा रंगद्रव्य जो कोशिका के कामकाज को बाधित करता है और एपोप्टोसिस को ट्रिगर करता है। उम्र बढ़ने के साथ लीवर और प्लीहा की कोशिकाओं में वसा जमा होने लगती है।

वास्तव में, प्रतिकृति कोशिका उम्र बढ़ने और शरीर की उम्र बढ़ने के बीच संबंध साबित नहीं हुआ है, लेकिन उम्र से संबंधित विकृति भी कोशिका उम्र बढ़ने के साथ होती है (चित्र 4)। बुजुर्गों के घातक नवोप्लाज्म ज्यादातर नवीनीकृत ऊतकों से जुड़े होते हैं। विकसित देशों में कैंसर रुग्णता और मृत्यु दर के मुख्य कारणों में से एक है, और कैंसर के लिए एक स्वतंत्र जोखिम कारक बस... उम्र है। ट्यूमर रोगों से होने वाली मौतों की संख्या उम्र के साथ तेजी से बढ़ती है, साथ ही समग्र मृत्यु दर भी बढ़ती है। यह हमें बताता है कि उम्र बढ़ने और कार्सिनोजेनेसिस के बीच एक बुनियादी संबंध है।

चित्र 4. WI-38 लाइन के मानव फ़ाइब्रोब्लास्ट को β-गैलेक्टोसिडेज़ गतिविधि की उपस्थिति के लिए हिस्टोकेमिकल रूप से रंगा गया है। ए - युवा; बी - बूढ़ा (बूढ़ा)।

टेलोमेरेज़ एक एंजाइम है जिसकी भविष्यवाणी की गई है

शरीर में एक ऐसा तंत्र होना चाहिए जो टेलोमेरेस की कमी की भरपाई करता हो, यह धारणा ए.एम. द्वारा बनाई गई थी। ओलोव्निकोव। दरअसल, 1984 में कैरोल ग्रीडर ने ऐसे एंजाइम की खोज की थी और इसे नाम दिया था टेलोमिरेज. टेलोमेरेज़ (चित्र 5) एक रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस है जो टेलोमेरेज़ की लंबाई बढ़ाता है, जिससे उनकी कम प्रतिकृति की भरपाई होती है। 2009 में, ई. ब्लैकबर्न, के. ग्रेडर और डी. शोस्ताक को इस एंजाइम की खोज और टेलोमेरेज़ और टेलोमेरेज़ के अध्ययन पर कार्यों की एक श्रृंखला के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था (देखें: "एजलेस' नोबेल पुरस्कार: 2009 में टेलोमेरेज़ और टेलोमेरेज़ पर काम का सम्मान").

चित्र 5. टेलोमेरेज़इसमें एक उत्प्रेरक घटक (टीईआरटी रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस), टेलोमेरेज़ आरएनए (एचटीआर या टीईआरसी) होता है, जिसमें टेलोमेरिक रिपीट की दो प्रतियां होती हैं और यह टेलोमेरेस और प्रोटीन डिस्केरिन के संश्लेषण के लिए एक टेम्पलेट है।

ई. ब्लैकबर्न के अनुसार, टेलोमेरेज़ लगभग 70 जीनों की गतिविधि के नियमन में शामिल है। टेलोमेरेज़ जर्मिनल और भ्रूण के ऊतकों, स्टेम और प्रोलिफ़ेरिंग कोशिकाओं में सक्रिय है। यह 90% कैंसर ट्यूमर में पाया जाता है, जो कैंसर कोशिकाओं के अनियंत्रित प्रसार को सुनिश्चित करता है। वर्तमान में, कैंसर के इलाज के लिए जिन दवाओं का उपयोग किया जाता है, उनमें एक टेलोमेरेज़ अवरोधक भी है। लेकिन एक वयस्क जीव की अधिकांश दैहिक कोशिकाओं में टेलोमेरेज़ सक्रिय नहीं होता है।

एक कोशिका को कई उत्तेजनाओं द्वारा बुढ़ापे की स्थिति में लाया जा सकता है - टेलोमेयर डिसफंक्शन, डीएनए क्षति, जो उत्परिवर्ती पर्यावरणीय प्रभावों, अंतर्जात प्रक्रियाओं, मजबूत माइटोजेनिक संकेतों (ऑन्कोजीन रास, राफ, मेक, मोस, ई2एफ-1 की अधिक अभिव्यक्ति) के कारण हो सकता है। , आदि), विकार क्रोमैटिन, तनाव, आदि। वास्तव में, संभावित कैंसर पैदा करने वाली घटनाओं के जवाब में कोशिकाएं विभाजित होना बंद कर देती हैं - बूढ़ी हो जाती हैं।

जीनोम संरक्षक

टेलोमेयर डिसफंक्शन, जो तब होता है जब वे छोटे हो जाते हैं या शेल्टरिन बाधित हो जाता है, पी53 प्रोटीन को सक्रिय करता है। यह प्रतिलेखन कारक कोशिका को जीर्णता की स्थिति में लाता है, या एपोप्टोसिस का कारण बनता है। पी53 की अनुपस्थिति में, गुणसूत्र अस्थिरता विकसित होती है, जो मानव कार्सिनोमस की विशेषता है। पी53 प्रोटीन में उत्परिवर्तन 50% स्तन एडेनोकार्सिनोमा में और 40-60% कोलोरेक्टल एडेनोकार्सिनोमा में पाए जाते हैं। इसलिए, p53 को अक्सर "जीनोम का संरक्षक" कहा जाता है।

बुजुर्गों में होने वाले एपिथेलियल मूल के अधिकांश ट्यूमर में टेलोमेरेज़ पुनः सक्रिय हो जाता है। टेलोमेरेज़ पुनर्सक्रियन को घातक प्रक्रियाओं में एक महत्वपूर्ण कदम माना जाता है क्योंकि यह कैंसर कोशिकाओं को हेफ़्लिक सीमा को "अवहेलना" करने की अनुमति देता है। टेलोमेयर डिसफंक्शन क्रोमोसोमल फ्यूजन और विपथन को बढ़ावा देता है, जो पी53 की अनुपस्थिति में अक्सर घातक होता है।

कोशिका उम्र बढ़ने के आणविक तंत्र के बारे में

चित्र 6. कोशिका चक्र आरेख।कोशिका चक्र को चार चरणों में विभाजित किया गया है: 1. जी1(पूर्व-सिंथेटिक) - वह अवधि जब कोशिका डीएनए प्रतिकृति के लिए तैयार होती है। इस स्तर पर, यदि डीएनए क्षति का पता चलता है (मरम्मत के दौरान) तो कोशिका चक्र रुक सकता है। यदि डीएनए प्रतिकृति में त्रुटियां पाई जाती हैं और उन्हें मरम्मत द्वारा ठीक नहीं किया जा सकता है, तो कोशिका एस चरण में प्रवेश नहीं करती है। 2.एस(सिंथेटिक) - जब डीएनए प्रतिकृति होती है। 3. जी2(पोस्टसिंथेटिक) - माइटोसिस के लिए कोशिका की तैयारी, जब डीएनए प्रतिकृति की सटीकता की जाँच की जाती है; यदि कम प्रतिकृति टुकड़े या संश्लेषण में अन्य गड़बड़ी का पता लगाया जाता है, तो अगले चरण (माइटोसिस) में संक्रमण नहीं होता है। 4. एम(माइटोसिस) - एक कोशिका धुरी का निर्माण, पृथक्करण (गुणसूत्र विचलन) और दो पुत्री कोशिकाओं का निर्माण (स्वयं विभाजन)।

किसी कोशिका के बुढ़ापे की अवस्था में संक्रमण के आणविक तंत्र को समझने के लिए, मैं आपको याद दिलाऊंगा कि कोशिका विभाजन कैसे होता है।

कोशिका प्रजनन की प्रक्रिया को प्रसार कहा जाता है। एक कोशिका के विभाजन से विभाजन तक मौजूद रहने के समय को कोशिका चक्र कहा जाता है। प्रसार प्रक्रिया को कोशिका - ऑटोक्राइन वृद्धि कारक - और इसके सूक्ष्म वातावरण - पैराक्राइन संकेतों दोनों द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

प्रसार का सक्रियण कोशिका झिल्ली के माध्यम से होता है, जिसमें रिसेप्टर्स होते हैं जो माइटोजेनिक संकेतों को समझते हैं - ये मुख्य रूप से विकास कारक और अंतरकोशिकीय संपर्क संकेत हैं। वृद्धि कारक आमतौर पर पेप्टाइड प्रकृति के होते हैं (उनमें से लगभग 100 आज तक ज्ञात हैं)। ये हैं, उदाहरण के लिए, प्लेटलेट वृद्धि कारक, जो थ्रोम्बस गठन और घाव भरने में शामिल है, उपकला वृद्धि कारक, विभिन्न साइटोकिन्स - इंटरल्यूकिन, ट्यूमर नेक्रोसिस कारक, कॉलोनी-उत्तेजक कारक, आदि। प्रसार के सक्रिय होने के बाद, कोशिका G0 विश्राम चरण से बाहर निकल जाती है और कोशिका चक्र शुरू हो जाता है (चित्र 6)।

कोशिका चक्र को साइक्लिन-निर्भर किनेसेस द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो कोशिका चक्र के प्रत्येक चरण के लिए अलग-अलग होता है। वे साइक्लिन द्वारा सक्रिय होते हैं और कई अवरोधकों द्वारा निष्क्रिय होते हैं। इस तरह के जटिल विनियमन का उद्देश्य यथासंभव कम त्रुटियों के साथ डीएनए संश्लेषण सुनिश्चित करना है, ताकि बेटी कोशिकाओं में बिल्कुल समान वंशानुगत सामग्री हो। डीएनए प्रतिलिपि की शुद्धता की जाँच चक्र के चार "चेकपॉइंट्स" पर की जाती है: यदि त्रुटियों का पता चलता है, तो कोशिका चक्र रुक जाता है और डीएनए मरम्मत सक्रिय हो जाती है। यदि डीएनए संरचना की क्षति को ठीक किया जा सकता है, तो कोशिका चक्र जारी रहता है। यदि नहीं, तो कैंसर बनने की संभावना से बचने के लिए कोशिका के लिए "आत्महत्या करना" (एपोप्टोसिस द्वारा) बेहतर है।

अपरिवर्तनीय कोशिका चक्र की गिरफ्तारी के लिए अग्रणी आणविक तंत्र को साइक्लिन-निर्भर किनेज़ अवरोधकों से जुड़े पी53 और पीआरबी सहित ट्यूमर दमन जीन द्वारा नियंत्रित किया जाता है। G1 चरण में कोशिका चक्र का दमन p53 प्रोटीन द्वारा किया जाता है, जो साइक्लिन-निर्भर किनेज़ p21 के अवरोधक के माध्यम से कार्य करता है। प्रतिलेखन कारक p53 डीएनए क्षति से सक्रिय होता है, और इसका कार्य प्रतिकृति कोशिकाओं के पूल से उन कोशिकाओं को हटाना है जो संभावित रूप से ऑन्कोजेनिक हैं (इसलिए उपनाम p53 - "जीनोम का संरक्षक")। यह विचार इस तथ्य से समर्थित है कि p53 उत्परिवर्तन ~50% घातक ट्यूमर में पाए जाते हैं। पी53 गतिविधि की एक और अभिव्यक्ति सबसे अधिक क्षतिग्रस्त कोशिकाओं के एपोप्टोसिस से जुड़ी है।

कोशिका जीर्णता और उम्र से संबंधित बीमारियाँ

चित्र 7. कोशिका उम्र बढ़ने और शरीर की उम्र बढ़ने के बीच संबंध।

बुढ़ापा कोशिकाएं उम्र के साथ जमा होती हैं और उम्र से संबंधित बीमारियों में योगदान करती हैं। वे ऊतक की प्रसार क्षमता को कम करते हैं और स्टेम कोशिकाओं के पूल को ख़राब करते हैं, जिससे अपक्षयी ऊतक विकार होते हैं और पुनर्जीवित और नवीनीकृत करने की क्षमता कम हो जाती है।

वृद्ध कोशिकाओं को विशिष्ट जीन अभिव्यक्ति की विशेषता होती है: वे सूजन संबंधी साइटोकिन्स और मेटालोप्रोटीनिस का स्राव करते हैं जो अंतरकोशिकीय मैट्रिक्स को नष्ट कर देते हैं। यह पता चला है कि पुरानी कोशिकाएं सुस्त बुढ़ापा सूजन प्रदान करती हैं, और त्वचा में पुराने फ़ाइब्रोब्लास्ट के जमा होने से घावों को ठीक करने की क्षमता में उम्र से संबंधित कमी आती है (चित्र 7)। पुरानी कोशिकाएं उपकला वृद्धि कारक के स्राव के माध्यम से आस-पास की प्रीकैंसरस कोशिकाओं के प्रसार और घातकता को भी उत्तेजित करती हैं।

वृद्ध कोशिकाएं कई मानव ऊतकों में जमा हो जाती हैं और एथेरोस्क्लोरोटिक सजीले टुकड़े, त्वचा के अल्सर, गठिया संबंधी जोड़ों और प्रोस्टेट और यकृत के सौम्य और प्रीनियोप्लास्टिक हाइपरप्रोलिफेरेटिव घावों में मौजूद होती हैं। जब कैंसरग्रस्त ट्यूमर को विकिरणित किया जाता है, तो कुछ कोशिकाएं भी जीर्णता की स्थिति में प्रवेश कर जाती हैं, जिससे रोग की पुनरावृत्ति सुनिश्चित हो जाती है।

इस प्रकार, सेलुलर उम्र बढ़ने से नकारात्मक प्लियोट्रॉपी का प्रभाव प्रदर्शित होता है, जिसका सार यह है कि एक युवा जीव के लिए जो अच्छा है वह एक बूढ़े जीव के लिए बुरा हो सकता है। सबसे ज्वलंत उदाहरण सूजन की प्रक्रिया है। एक स्पष्ट सूजन प्रतिक्रिया संक्रामक रोगों से युवा शरीर की तेजी से वसूली में योगदान करती है। बुढ़ापे में, सक्रिय सूजन प्रक्रियाएं उम्र से संबंधित बीमारियों को जन्म देती हैं। अब यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि न्यूरोडीजेनेरेटिव से शुरू होकर, सूजन लगभग सभी उम्र से संबंधित बीमारियों में निर्णायक भूमिका निभाती है।