A sejtek öregedésének morfológiai jelei. Sejtes öregedés (in vitro)
Ma a citogerontológiának nevezett tudomány a sejtek szaporodását és öregedését vizsgálja. A tudósoknak sikerült megállapítaniuk, hogy a sejtek természetes öregedésének és az azt követő elpusztulásnak nemcsak egyszerű folyamata van, hanem genetikai szinten is programozható.
Ezt a folyamatot „apoptózisnak” is nevezik, amint azt fentebb leírtuk. Ezt a programot minden egyes ember genetikai szintjén határozták meg, és fő célja, hogy megszabadítsa a szervezetet a felesleges sejtanyagoktól, amelyekre már nincs szükség.
A mai napig a tudósok egyszerre több elméletet is tudtak bemutatni arról, hogy pontosan hogyan mehet végbe a szervezet sejtjeinek öregedési folyamata.
Ma a tudósok meglehetősen aktívan végeznek különféle tanulmányokat, amelyek során az emberi test kötőszöveti sejtjeinek öregedési folyamatát tanulmányozzák. Ezek a sejtek az egész testben találhatók, és közvetlenül és meglehetősen aktívan részt vesznek a szervezet szinte minden anyagcsere-folyamatában, amelyek fontosak az emberi élet számára.
A tudósok egy csoportja szinte száz százalékig biztos abban, hogy a kötőszöveti sejtek vagy a fibroblasztok szó szerint „kikényszerítik” az összes többi rendszert, valamint az emberi test sejtjeit is. Vagyis az egész szervezet egyidejű öregedése egyszerre történik.
A folyamatban lévő kutatásoknak köszönhetően a tudósoknak sikerült megállapítaniuk, hogy a mutációk bizonyos szerepet játszanak a testsejtek öregedési folyamatában is. Végül is, mint ismeretes, a mitokondriumok fokozatosan felhalmozódnak a DNS-ben, pontosan bizonyos mutációk eredményeként jelennek meg.
A sejtpusztulás folyamatában egy specifikus fehérje, például a p53 fehérje is fontos szerepet játszik. Például, ha bizonyos körülmények miatt daganatos sejtek jelennek meg az emberi szervezetben, azonnal aktiválódik az apoptózis, vagyis természetes pusztulásuk folyamata.
Azt is meg lehetett állapítani, hogy ez a folyamat pontosan milyen szerepet játszik a sejtek öregedésében, de a tudósok a mai napig nem tudták teljes mértékben megalapozni ezt az elméletet, így ez pusztán elméleti. Különféle vizsgálatokat végeznek az izmokon, és a tudósok minden alkalommal teljesen ellentmondásos eredményeket kapnak.
Van egy másik fontos tényező, amely közvetlen hatással van az emberi szervezet sejtjeinek öregedési folyamatára - a limfocita sejtek lebomlása, amely fokozatosan megy végbe. A vizsgálatokat főemlősökön végezték, és az eredmények azt mutatták, hogy ha a napi étrend minimális mennyiségű kalóriát tartalmaz, akkor az immunsejtek öregedése természetesen lelassul.
Ugyanakkor a vérben lévő, a gyulladás kezdetén megnyilvánuló anyag is lassíthatja öregedésüket - ez egy egyedülálló C-reaktív fehérje. A veszélyes onkovírusokkal való fertőzés az immunrendszer természetes elsorvadásának gyors folyamatát eredményezheti, ezért a szervezet védekező rendszere szenved.
A sejtek fiatalsága, valamint az egész emberi test közvetlenül kapcsolódik egy olyan különleges anyaghoz, mint a telomeráz. Ez az anyag egyike azon speciális enzimeknek, amelyek képesek egyedi DNS-molekulák ismétlődő szakaszait hozzáadni. E folyamat eredményeként a sejtek olyan tulajdonságot szerezhetnek, mint a szó szoros értelmében végtelen szaporodás, amely után nem halnak meg, hanem tovább osztódnak.
Például ennek az egyedülálló anyagnak (telomeráz) meglehetősen magas aktivitása figyelhető meg egy embrionális sejtben. Ennek az enzimnek a fokozatos kihalásának eredménye a sejtek öregedése.
Az elmúlt két-három év szó szerint áttörést jelentett a gerontológiában. A tudósok először találtak módot az élesztőgombák, férgek és még az egerek életének meghosszabbítására koplalással, majd több olyan gént is találtak, amelyek meghosszabbíthatják az aktív élettartamot. Még a reproduktív rendszer, a zsírszövet fejlődése és a várható élettartam között is összefüggést lehetett felfedezni.
De az öregedés molekuláris és sejtes alapjainak megközelítése évtizedek óta nem változott: az osztódás során elkerülhetetlenül fellépő mutációk felhalmozódása, a fehérjék fokozatos pusztulása és a „tartalék” rendszerek kimerülése.
Martin Hetzer, a Salk Biológiai Kutatóintézet munkatársa és kollégái jelentősen finomítani tudták ezt a felfogást:
Az elhasználódásról szóló általános szavak mögött legalábbis a magpórusok működésének zavara húzódik meg, amelyek a sejtmag és a sejt között szelektív tartalomcserét biztosítanak.
A mikroszkopikus méretek ellenére - öttől több száz mikrométerig - maga a sejt több tucat organellát tartalmaz, amelyek közül a fő a sejtmag, amely biztosítja az összes intracelluláris, sőt extracelluláris folyamat szabályozását. A sejtmagban, amely a térfogat akár 80% -át is elfoglalhatja (a spermában), a legértékesebb dolog található - a DNS-szekvenciában titkosított genetikai információ.
Ha nem lenne a nukleáris membrán, akkor a mutációk és a kódolvasási hibák száma egyszerűen nem tenné lehetővé a sejt életben maradását. De a kromoszómákat körülvevő kettős membrán ellenére,
A genetikai apparátus nincs elszigetelten: különböző típusú RNS folyamatosan hagyja el a sejtmagot, szabályozva a fehérjeszintézist, míg a transzkripciós faktorokat aktiváló jelek behatolnak.
Ahogyan az egész szervezet szintjén működő „nagyobb” gátoknál, úgy a nukleárisnak is van szelektív permeabilitása: például a zsírban oldódó molekulák, legyen szó szteroid hormonokról vagy bizonyos gyógyszerekről, könnyen áthatolnak magán a membránon, ami inkább olyan, mint egy vékony olajfilm közbeiktatott.
De a nukleinsavak, fehérjék és más hidrofil vegyületek arra vannak ítélve, hogy speciális csatornákon - nukleáris pórusokon - haladjanak át. Az áthaladó molekulák sokfélesége ellenére maguk a pórusok meglehetősen konzervatív szerkezetűek a legtöbb szervezetben, és belső csatornából és szimmetrikus külső részekből állnak, hasonlóan a nyolcszög csúcsaiban elhelyezkedő fehérjemolekulákhoz.
Amint Hetzer és a Cell-ben megjelent publikáció társszerzői kimutatták, idővel ezek a pórusok „kiszivárogni” kezdenek, ami sokkal „szembetűnőbb” következményekkel jár – amiloid plakkok lerakódását az agy ereiben, porcok pusztulását az agyban. az ízületek, és a szív „leépülése”.
Az izomsejtek, majd a C. elegans fonálféreg teljes testének példáján a tudósok bebizonyították, hogy a nukleáris csatorna perifériás része rendszeresen megújul, míg a központi rész csak a sejtosztódás során épül fel újra, melynek során a sejtmag membránja is. először megsemmisült, majd újra kialakult. Ennek megfelelően a nukleáris pórusok fokozatosan „elhasználódnak”, de más intracelluláris rendszerekkel ellentétben nem újulnak meg, ami „szivárgáshoz” vezet. Ennek eredményeként nemcsak mutagének, hanem más, a genetikai apparátus működését megzavaró molekulák is bejutnak a sejtmagba.
Ha folyamatosan megújuló bőrsejtekről vagy bélhámról van szó, akkor ilyen probléma nem merül fel, de mi a helyzet azokkal az ideg- vagy izomsejtekkel, amelyek gyakorlatilag nem osztódnak az élet során? Nem meglepő, hogy anyagcseréjük nemcsak a magból érkező „jelekhez”, hanem a kialakult reakciókaszkádokhoz is kötődik, amelyek nem igénylik a genetikai apparátus gyors beavatkozását.
Hetzer felfedezése nem vált újabb „önellátó” hipotézissé az öregedéselméletben. A tudósok bebizonyították, hogy a gerontológusok régóta fő ellenségévé vált reaktív oxigénfajták miként képesek felgyorsítani a nukleáris pórusok elhasználódását, és ezzel az egész sejt öregedését. Csak remélni tudjuk, hogy még létezik olyan rendszer, amely kompenzálja ezeket a „szivárgásokat”, és ha sikerül felfedezni, ez új mérföldkő lesz az aktív élettartam vizsgálatában.
Univerzálissága ellenére az öregedési folyamatot nehéz egyértelműen meghatározni. Az életkor előrehaladtával szinte minden szervrendszerben fiziológiai és szerkezeti változások következnek be. Az öregedés során a genetikai és társadalmi tényezők, a táplálkozási minták, valamint az életkorral összefüggő betegségek – érelmeszesedés, cukorbetegség, ízületi gyulladás – nagy jelentőséggel bírnak. Az életkorral összefüggő sejtkárosodás szintén fontos összetevője az öregedő szervezetnek.
Az életkor előrehaladtával számos sejtfunkció fokozatosan szenved. Csökken az oxidatív foszforiláció aktivitása a mitokondriumokban, az enzimek és a sejtreceptorok szintézise. Az öregedő sejtek csökkentik a tápanyagok felszívódását és a kromoszómakárosodás helyreállítási képességét. Az öregedő sejtek morfológiai változásai közé tartoznak a szabálytalan és lebenyes sejtmagok, a polimorf vakuolizált mitokondriumok, az endoplazmatikus retikulum csökkenése és a lamellás komplex deformációja. Ugyanakkor a lipofuscin pigment felhalmozódik.
A sejtek öregedése többtényezős folyamat. Magában foglalja a sejtek öregedésének endogén molekuláris programjait, valamint az exogén hatásokat, amelyek a sejtek túlélési folyamataiba való progresszív beavatkozáshoz vezetnek.
A sejtek öregedésének jelenségét intenzíven vizsgálják in vitro kísérletekben. Kimutatták, hogy az öregedő sejtekben az öregedésre jellemző gének aktiválódnak, a növekedést szabályozó gének károsodnak, a növekedést gátló szerek stimulálódnak, és más genetikai mechanizmusok is aktiválódnak.
Feltételezhető, hogy a génhibákat a kromoszómák telomer rövidülése okozhatja. A telomerek fontos szerepet játszanak a kromoszómák terminális részeinek stabilizálásában és a nukleáris mátrixhoz való kapcsolódásukban. Például a telomerek hossza csökken a sejttenyésztés utolsó szakaszaiban és az idős emberek sejttenyészetében. Összefüggést találtak a telomer hossza és a telomeráz aktivitás között.
Az öregedés során szerzett sejtkárosodás a szabad gyökök hatására következik be. E károsodások oka lehet az ionizáló sugárzásnak való kitettség vagy az antioxidáns védekező mechanizmusok, például az E-vitamin, a glutation-peroxidáz aktivitásának fokozatos csökkenése. A szabad gyökök okozta sejtkárosodás lipofuscin felhalmozódásával jár együtt, de maga a pigment nem toxikus a sejtre. Ezenkívül az SPOL és a szabad gyökök károsítják a nukleinsavakat mind a sejtmagban, mind a mitokondriumokban. A mitokondriális DNS mutációi és pusztulása drámaivá válik az életkor előrehaladtával. A szabad oxigéngyökök katalizálják a fehérjék, köztük az enzimek módosulását is, ami érzékennyé teszi a citoszolban található semleges és lúgos proteázok károsító hatásait, ami a sejtfunkciók további megzavarásához vezet.
Az intracelluláris és extracelluláris fehérjék poszttranszlációs változásai is előfordulnak az életkorral. Az ilyen változások egyik típusa a fehérjék nem enzimatikus glikozilációja. Például a lencsefehérjék életkorral összefüggő glikozilációja áll a szenilis szürkehályog hátterében.
Végül bizonyíték van arra, hogy a stresszfehérjék in vitro képződése károsodott kísérleti állatokban az öregedés során. A különböző stresszekkel szembeni védekezés legfontosabb mechanizmusa a stresszfehérjék képződése.
A sejtek öregedése többtényezős folyamat, és időtlen idők óta foglalkoztatja a tudósokat. Ez a folyamat magában foglalja a sejtek öregedésének endogén molekuláris programjait, valamint exogén hatásokat, amelyek a sejtek túlélési folyamataiba való progresszív beavatkozáshoz vezetnek.
Az életkor előrehaladtával számos sejtfunkció fokozatosan szenved. Az öregedő sejtek csökkentik a tápanyagok felszívódását és a kromoszómakárosodás helyreállítási képességét. Az öregedő sejtekben bekövetkező morfológiai változások, amelyek során csökken a mitokondriumokban az oxidatív foszforiláció aktivitása és vakuolizációja, az endoplazmatikus retikulum, csökken az enzimek és sejtreceptorok szintézisének aktivitása. Milyen átalakulások mennek végbe a sejtmagban az öregedési folyamat során.
SEJTMAG a genetikai anyag tárolásának és megvalósításának helye - a sejtben zajló fehérjeszintézis folyamatok felépítésének és szabályozásának tervei.
FŐ KERNEL ALKATRÉSZEI VANNAK:
- nukleáris membrán;
- kromatin;
- nucleolus;
- nukleáris mátrix.
A sejtmag mindig a sejt egy meghatározott helyén található. A sejtmag fő funkciója a genetikai információ tárolása, felhasználása és továbbítása. Ezenkívül a sejtmag felelős a riboszomális alegységek kialakulásáért.
A sejtmag kétféle állapotban lehet: mitotikus (osztódás közben) és interfázisban (osztódások között). Az interfázis során mikroszkóp alatt az élő sejt magjában csak a sejtmag látható, és optikailag üresnek tűnik. A sejtmag fonalak és szemcsék formájú szerkezetei csak akkor figyelhetők meg, ha a sejt károsító tényezőknek van kitéve, amikor az élet és halál határállapotába kerül. Ebből az állapotból a sejt visszatérhet a normális életbe vagy meghalhat.
NUKLEÁRIS MEMBRÁN - fő funkciója az akadály. Feladata a sejtmag tartalmának a citoplazmától való elválasztása, a makromolekulák szabad transzportjának korlátozása a sejtmag és a citoplazma között, valamint az intranukleáris rend kialakítása - rögzítő kromoszómaanyag. A magburok egy külső és egy belső magmembránból áll.
A nukleáris burok külső membránja, amely közvetlenül érintkezik a sejt citoplazmájával, számos olyan szerkezeti tulajdonsággal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik, hogy magának az endoplazmatikus retikulumnak a membránrendszerébe sorolható. Mindenekelőtt az ilyen jellemzők közé tartozik a számos poliriboszóma jelenléte a hialoplazma oldalán, és maga a külső magmembrán közvetlenül átalakulhat a szemcsés endoplazmatikus retikulum membránjaivá.
A belső magmembrán a sejtmag kromoszómaanyagához kapcsolódik. A karioplazma oldalán a belső magmembránnal szomszédos a fibrillákból álló úgynevezett fibrilláris réteg, amely azonban nem minden sejtre jellemző.
A nukleáris burok nem folytonos. Magpórusokat tartalmaz, amelyek két magmembrán fúziója eredményeként jönnek létre. Ebben az esetben kerek átmenő lyukak keletkeznek. Ezek a lyukak a nukleáris burokban bonyolult gömbölyű és fibrilláris struktúrákkal vannak kitöltve. A nukleáris pórusok száma a sejtek metabolikus aktivitásától függ: minél intenzívebbek a szintetikus folyamatok a sejtben, annál több pórus van a sejtmag felszínén.
KROMATIN(a görög chroma szóból - szín, festék) az interfázisú mag fő szerkezete. Kémiailag különböző fokú helicitású (csavarható) fehérjékből és DNS-ből álló komplexum. A DNS nukleotidok sorozata, egyéni és mindenki számára egyedi. Ez egy egyedi rejtjel vagy kód, amely meghatározza a szervezet felépítésének, működésének és fejlődésének (öregedésnek) jellemzőit. Vagyis az öregedés jellemzői öröklődnek.
Morfológiailag a kromatinnak két típusát különböztetjük meg: a heterokromatint és az euchromatint. Heterokromatin interfázisban részben kondenzált kromoszómarégióknak felel meg, és funkcionálisan inaktív. Euchromatin- ezek a kromoszómák interfázisú, funkcionálisan aktív kromatinban dekondenzált szakaszai.
A mitózis során az összes euchromatin maximálisan kondenzálódik, és a kromoszómák részévé válik. Ebben az időszakban a kromoszómák nem látnak el szintetikus funkciókat. Néha, bizonyos esetekben, egy teljes kromoszóma kondenzált állapotban maradhat az interfázis során, és sima heterokromatinnak tűnik. Például a női test szomatikus sejtjeinek egyik X-kromoszómája az embriogenezis kezdeti szakaszában (a fragmentáció során) heterokromatizálódik, és nem működik. Ezt a kromatint nemi kromatinnak vagy Barr-testeknek nevezik.
A kromatin fehérjék száraz tömegének 60-70%-át teszik ki, és két csoportra oszthatók:
- hiszton fehérjék;
- nem hiszton fehérjék.
Hiszton fehérjék(hisztonok) bázikus aminosavakat (főleg lizint, arginint) tartalmazó lúgos fehérjék. Egyenetlenül helyezkednek el blokkok formájában a DNS-molekula hossza mentén. Egy blokk 8 hisztonmolekulát tartalmaz, amelyek nukleoszómát alkotnak. A nukleoszóma a DNS tömörítésével és szuperspirálozásával jön létre.
A nem-hiszton fehérjék a hisztonok mennyiségének 20%-át teszik ki, és az interfázisban lévő magok szerkezeti hálózatot alkotnak a sejtmagban, amit nukleáris fehérjemátrixnak neveznek. Ez a mátrix jelenti azt az állványt, amely meghatározza a sejtmag morfológiáját és anyagcseréjét.
Nucleolus- a sejtmag legsűrűbb szerkezete, a kromoszóma származéka, egyik lókusza, ahol az interfázisban a legmagasabb koncentrációban és aktív RNS szintézisben van, de nem önálló szerkezet vagy organellum.
A nucleolus heterogén szerkezetű, és két fő összetevőből áll - szemcsés és fibrilláris. A szemcsés komponenst szemcsék (érő riboszomális alegységek) képviselik, és a periféria mentén lokalizálódnak. A fibrilláris komponens a riboszóma prekurzorok ribonukleoprotein szálai, amelyek a nukleolus központi részében koncentrálódnak.
A sejtmagok ultrastruktúrája az RNS-szintézis aktivitásától függ: magas szintézis esetén a nukleolusban nagyszámú granulátum detektálható, amikor a szintézis leáll, a szemcsék száma csökken, és a nukleolusok sűrű, bazofil rostos szálakká alakulnak; természet.
NUKLEÁRIS MÁTRIX (karioplazma) a sejtmag folyékony része, amely kitölti a kromatin és a sejtmagok közötti teret.
A karioplazma főként fehérjékből, metabolitokból és ionokból áll. A magmátrix része a nukleáris burok rostos rétege. A nukleáris váz valószínűleg hozzájárul egy fehérjeváz kialakulásához, amelyhez DNS-hurkok kapcsolódnak.
A SEJTEK FIZIOLÓGIAI ÖREGEDÉSE a növekedés visszafordíthatatlan leállásának állapota. A szervezet öregedésének alapja a sejtek öregedése. Amit viszont a genom átrendeződése okoz, amely a telomerek rövidülése és a DNS-javító rendszerek hibái miatt következik be.
Bebizonyosodott, hogy az öregedő sejtekben specifikus gének aktiválódnak, a szabályozók károsodnak és a növekedésgátlók stimulálódnak, és más genetikai mechanizmusok is aktiválódnak. A tudósok szerint a génhibákat a kromoszómák telomer rövidülése okozhatja.
A telomerek fontos szerepet játszanak a kromoszómák terminális részeinek stabilizálásában és a nukleáris mátrixhoz való kapcsolódásukban. A telomerek hossza csökken a szenilis emberek sejtjeiben. A telomer hossza és a telomeráz aktivitása között összefüggést fedeztek fel, aminek következtében a sejtkromoszómák telomer régióinak hossza megnő vagy állandó szinten marad.
Az elöregedett sejtek nem úgy néznek ki, mint a fiatalok, és ez a felesleges DNS-fragmensek és nem megfelelő sejtfehérjék felhalmozódásában, valamint a sejtmagban (a sejtmagban található fehérjék és nukleinsavak klaszterében) abnormális struktúrák megjelenésében nyilvánul meg. . Ezenkívül ezek a sejtek replikatív öregedésnek vannak kitéve, azaz képesek bizonyos számú alkalommal (körülbelül 50) osztódni.
A tudósok azt is megállapították, hogy a Bizonyos esetekben lehetőség van a számláló nullázására. Ugyanakkor meg lehetett tudni, hogyan aktiválódik az NDT80 speciális gén. A gén tervezett szerepének ellenőrzésére a kutatók aktiválták egy régi és nem szaporodó sejtben. Az NDT80 bevonása kettős hatást hozott - a sejt kétszer annyi ideig élt, mint máskor, és korrigálták az életkorral összefüggő sejtmaghibákat. Ez azt jelzi, hogy a nukleoláris rendellenességek a sejtek öregedésének egyik kulcsa (a második kulcs, a telomer, sokkal jobban tanulmányozott). Sajnos még nem világos, hogyan működik a celluláris óra visszaállításának mechanizmusa. Csak annyit tudni, hogy az NDT80 gén által kódolt fehérje egy transzkripciós faktor, vagyis triggerként szolgál - más géneket is aktivál a sejtben.
Az öregedés szabad gyökök elméletének követői úgy vélik, hogy az öregedés során szerzett sejtkárosodás a szabad gyökök hatására következik be. Ennek a károsodásnak az oka lehet az ionizáló sugárzásnak való kitettség vagy az antioxidáns védekező mechanizmusok, például az E-vitamin aktivitásának fokozatos csökkenése. Ezenkívül a szabad gyökök károsítják a nukleinsavakat mind a sejtmagban, mind a mitokondriumokban. A mitokondriális DNS mutációi és pusztulása egyszerűen „drámaivá” válik az életkorral. A szabad oxigéngyökök katalizálják a fehérjék, köztük az enzimek módosulását is, ami érzékennyé teszi a citoszolban található semleges és lúgos proteázok károsító hatásait, ami a sejtfunkciók további megzavarásához vezet.
Az intracelluláris és extracelluláris fehérjék poszttranszlációs változásai is előfordulnak az életkorral. Az ilyen változások egyik típusa a fehérjék nem enzimatikus glikozilációja. Például a lencsefehérjék életkorral összefüggő glikozilációja áll a szenilis szürkehályog hátterében.
Így a sejtek öregedésének folyamata változatos. Különböző tényezők váltják ki, és különböző jelátviteli útvonalakon megy keresztül. Az öregedési folyamat különböző sejtekben eltérő, különböző időpontokban megy végbe, de minden esetben a sejt működési zavarához és elhalásához vezet. A sejtek öregedésének okait és a szervezet általános öregedésére gyakorolt hatását még nem tárgyalták, és a tudósoknak még nem találtak választ számos olyan kérdésre, amelyek fontosak az öregedés elleni küzdelem eszközeinek kidolgozása szempontjából.
- SEJTKOZMETIKA CELLCOSMET & CELLMEN (SVÁJC)
- KOZMETIKA "DOCTOR SPIELLER BIOCOSMETIC" ( DR.SPILLER)
- SZÉPSÉG INJEKCIÓK
Cikk a „bio/mol/text” versenyhez: Több mint 50 év telt el azóta, hogy fibroblaszt tenyészetekben bebizonyosodott a sejtöregedés jelensége, de a régi sejtek létezése szervezetben régóta megkérdőjelezték. Nem volt bizonyíték az öregedésre egyes sejteket fontos szerepet játszik mindennek az öregedésében test. Az elmúlt években felfedezték a sejtek öregedésének molekuláris mechanizmusait, valamint ezek kapcsolatát a rákkal és a gyulladásokkal. A modern elképzelések szerint a gyulladás szinte minden életkorral összefüggő betegség kialakulásában vezető szerepet játszik, amelyek végső soron halálhoz vezetnek a szervezetben. Kiderült, hogy az öreg sejtek egyrészt tumorszuppresszorként működnek (hiszen visszafordíthatatlanul abbahagyják önmaguk osztódását és csökkentik a környező sejtek átalakulásának kockázatát), másrészt a régi sejtek specifikus anyagcseréje gyulladást, ill. a szomszédos rákmegelőző sejtek rosszindulatúvá degenerálódása. Jelenleg folynak olyan gyógyszerek klinikai vizsgálatai, amelyek szelektíven eltávolítják a régi sejteket a szervekben és szövetekben, megelőzve ezzel a szervek degeneratív elváltozásait és a rákot.
Az emberi testben körülbelül 300 fajta sejt található, és mindegyik két nagy csoportra oszlik: egyesek képesek osztódni és szaporodni (vagyis mitotikusan kompetens), és mások - posztmitotikus- ne osztódjanak: ezek olyan neuronok, amelyek a differenciálódás szélső szakaszába jutottak, kardiomiociták, szemcsés leukociták és mások.
Testünkben vannak megújuló szövetek, amelyekben folyamatosan osztódó sejtek halmaza található, amelyek pótolják az elhasználódott vagy elhaló sejteket. Ilyen sejtek találhatók a bélkriptákban, a bőrhám alaprétegében és a csontvelőben (hematopoietikus sejtek). A sejtmegújulás meglehetősen intenzíven történhet: például a hasnyálmirigy kötőszöveti sejtjei 24 óránként cserélődnek, a gyomornyálkahártya sejtjei - háromnaponta, a leukociták - 10 naponta, a bőrsejtek - hathetente, kb. 70 g burjánzó A vékonybél sejtjeit naponta eltávolítják a szervezetből.
Az őssejtek, amelyek szinte minden szervben és szövetben megtalálhatók, korlátlanul képesek osztódni. A szövetek regenerációja az őssejtek szaporodásának köszönhető, amelyek nem csak osztódhatnak, hanem differenciálódhatnak a szövet sejtjeivé, amelyek regenerációja megtörténik. Az őssejtek a szívizomban, az agyban (a hippocampusban és a szaglóhagymákban) és más szövetekben találhatók. Ez nagy ígéretet jelent a neurodegeneratív betegségek és a szívinfarktus kezelésében.
A szövetek állandó megújulása hozzájárul a várható élettartam növeléséhez. A sejtek osztódása során szöveti megfiatalodás következik be: a sérültek helyére új sejtek jönnek, míg a helyreállítás (a DNS-károsodás megszüntetése) intenzívebben megy végbe és szövetkárosodás esetén a regeneráció lehetséges. Nem meglepő, hogy a gerincesek jelentősen hosszabb élettartammal rendelkeznek, mint a gerinctelenek – ugyanazok a rovarok, amelyek sejtjei nem osztódnak felnőttként.
Ugyanakkor a megújuló szövetek hiperproliferációnak vannak kitéve, ami daganatok kialakulásához vezet, beleértve a rosszindulatúakat is. Ez a sejtosztódás szabályozási zavara és az aktívan osztódó sejtekben megnövekedett mutagenezis miatt következik be. A modern elképzelések szerint ahhoz, hogy egy sejt megszerezze a rosszindulatú daganat tulajdonságát, 4-6 mutációra van szüksége. A mutációk ritkán fordulnak elő, és ahhoz, hogy egy sejt rákossá váljon - ezt a humán fibroblasztokra számítják - körülbelül 100 osztódásnak kell bekövetkeznie (ennyi osztódást általában egy 40 év körüli embernél).
Érdemes azonban emlékezni arra, hogy a mutációk különböző mutációk, és a legújabb genomikai kutatások szerint minden generációban körülbelül 60 új mutációt szerez az ember (ami nem volt a szülei DNS-ében). Nyilvánvalóan a legtöbbjük meglehetősen semleges (lásd: „Túlléptek ezren: az emberi genomika harmadik fázisa”). - Szerk.
Annak érdekében, hogy megvédje magát önmagától, speciális sejtmechanizmusok alakultak ki a szervezetben tumorszuppresszió. Az egyik a sejtek replikatív öregedése ( öregedés), amely a sejtosztódás visszafordíthatatlan leállásából áll a sejtciklus G1 szakaszában. Az öregedéssel a sejt leállítja az osztódást: nem reagál a növekedési faktorokra, és rezisztenssé válik az apoptózissal szemben.
Hayflick limit
A sejtek öregedésének jelenségét először 1961-ben fedezték fel Leonard Hayflick és munkatársai fibroblaszttenyészet segítségével. Kiderült, hogy a humán fibroblasztok tenyészetében a sejtek jó körülmények között korlátozott ideig élnek, és körülbelül 50 ± 10-szeresére képesek megduplázódni - és ezt a számot kezdték Hayflick-határnak nevezni. Hayflick felfedezése előtt az volt az uralkodó álláspont, hogy a sejtek halhatatlanok, az öregedés és a halál pedig a szervezet egészének sajátossága.
Ezt az elképzelést nagyrészt Carrel kísérletei miatt tartották megdönthetetlennek, aki 34 évig tartott fenn csirke szívsejttenyészetet (csak halála után dobták el). Azonban, mint később kiderült, a Carrel-tenyészet halhatatlansága műtermék volt, mivel a magzati szérummal együtt, amelyet a sejtnövekedés érdekében a táptalajhoz adtak, maguk az embrionális sejtek is eljutottak oda (és valószínűleg a Carrel-tenyészet is már nem az, ami az elején volt).
A rákos sejtek valóban halhatatlanok. Így a HeLa-sejteket, amelyeket 1951-ben izoláltak Henrietta Lacks nyaki daganatából, még mindig használják a citológusok (különösen a gyermekbénulás elleni vakcinát fejlesztették ki HeLa-sejtek felhasználásával). Ezek a sejtek még az űrben is jártak.
Henrietta Lacks halhatatlanságának lenyűgöző történetét lásd a „Henretta Lacks halhatatlan sejtjei”, valamint a „HeLa sejtek örökösei” című cikkben. - Szerk.
Mint kiderült, a Hayflick-határ az életkortól függ: minél idősebb az ember, annál kevesebbszer duplázódik meg a sejtje a tenyészetben. Érdekes módon a fagyasztott sejtek, amikor felolvasztják és ezt követően tenyésztik, úgy tűnik, emlékeznek a fagyasztás előtti osztódások számára. Valójában a sejtben van egy „osztódási számláló”, és egy bizonyos határ (a Hayflick-határ) elérésekor a sejt abbahagyja az osztódást és elöregszik. Az öregedő (régi) sejtek sajátos morfológiával rendelkeznek - nagyok, laposak, nagy magokkal, erősen vakuolizáltak, és génexpressziós profiljuk változik. A legtöbb esetben rezisztensek az apoptózissal szemben.
A szervezet öregedését azonban nem lehet csak a sejtek öregedésére redukálni. Ez egy sokkal összetettebb folyamat. Egy fiatal testben vannak öreg sejtek, de kevés van belőlük! Amikor az életkor előrehaladtával az öregedő sejtek felhalmozódnak a szövetekben, degeneratív folyamatok indulnak meg, amelyek az életkorral összefüggő betegségekhez vezetnek. E betegségek egyik tényezője az ún "steril" gyulladás, amely a proinflammatorikus citokinek expressziójához kapcsolódik az öregedő sejtek által.
A biológiai öregedés másik fontos tényezője a kromoszómák szerkezete és csúcsaik - telomerek.
Az öregedés telomer elmélete
1. ábra. A telomerek a kromoszómák végei. Mivel az embernek 23 pár kromoszómája van (azaz 46 darab), 92 telomer van.
1971-ben honfitársunk, Alekszej Matvejevics Olovnikov azt javasolta, hogy a Hayflick-határ a lineáris kromoszómák terminális szakaszainak „alulreplikációjához” kapcsolódik (különleges nevük van - telomerek). A tény az, hogy a sejtosztódás minden ciklusában a telomerek lerövidülnek, mivel a DNS-polimeráz nem képes a DNS másolatát szintetizálni a legvégéről. Ráadásul Olovnikov megjósolta a létezést telomeráz(egy enzim, amely ismétlődő DNS-szekvenciákat ad a kromoszómák végéhez), abból kiindulva, hogy ellenkező esetben az aktívan osztódó sejtekben a DNS gyorsan „elfogyna” és a genetikai anyag elveszne. (A probléma az, hogy a legtöbb differenciált sejtben elhalványul a telomeráz aktivitás.)
A telomerek (1. ábra) fontos szerepet töltenek be: stabilizálják a kromoszómák végeit, amelyek egyébként – ahogy a citogenetikusok mondják – „ragadóssá” válnának, i.e. érzékeny a különböző kromoszóma-rendellenességekre, ami a genetikai anyag lebomlásához vezet. A telomerek ismétlődő (1000-2000-szeres) szekvenciákból (5'-TTAGGG-3') állnak, amelyek mindegyik kromoszómacsúcson összesen 10-15 ezer nukleotidpárt adnak. A 3′ végén a telomerek meglehetősen hosszú egyszálú DNS-régióval rendelkeznek (150-200 nukleotid), amely részt vesz a lasszó-típusú hurok kialakításában (2. ábra). Számos fehérje kapcsolódik a telomerekhez, amelyek védő „sapkát” képeznek - ezt a komplexet nevezik menedékhely(3. ábra). A Shelterin megvédi a telomereket a nukleázok hatásától és az adhéziótól, és úgy tűnik, pontosan ez az, amely megőrzi a kromoszóma integritását.
2. ábra Telomer összetétel és szerkezet. A telomeráz aktivitás hiányában ismétlődő sejtosztódás a telomerek lerövidüléséhez vezet. replikatív öregedés.
3. ábra A telomer komplex szerkezete ( shelterina). A telomerek a kromoszómák végein találhatók, és tandem TTAGGG ismétlődésekből állnak, amelyek egy 32 tagból álló egyszálú túlnyúlással végződnek. Telomer DNS-sel társul menedékhely- hat fehérje komplexe: TRF1, TRF2, RAP1, TIN2, TPP1 és POT1.
A kromoszómák nem védett végeit a sejt a genetikai anyag károsodásaként érzékeli, ami aktiválja a DNS-javítást. A telomer komplex a shelterinnel együtt „stabilizálja” a kromoszómavégeket, megvédve az egész kromoszómát a pusztulástól. Az öregedő sejtekben a telomerek kritikus lerövidülése megzavarja ezt a védelmi funkciót, ezért kromoszóma-rendellenességek kezdenek kialakulni, amelyek gyakran rosszindulatú daganatokhoz vezetnek. Ennek megakadályozására speciális molekuláris mechanizmusok blokkolják a sejtosztódást, és a sejt állapotba kerül öregedés- a sejtciklus visszafordíthatatlan leállása. Ebben az esetben a sejt garantáltan nem tud szaporodni, ami azt jelenti, hogy nem tud daganatot képezni. A károsodott öregedési képességű sejtekben (amelyek a telomer diszfunkció ellenére is szaporodnak) kromoszóma-rendellenességek alakulnak ki.
A telomerek hossza és rövidülésük sebessége az életkortól függ. Emberben a telomer hossza a születéskor 15 ezer nukleotidpártól (kb) az 5 kb-ig terjed. krónikus betegségekre. A telomerek hossza 18 hónapos korban éri el a maximumot, majd gyorsan 12 kb-ra csökken. ötéves korára. Ezt követően a rövidítés sebessége csökken.
A telomerek különböző sebességgel rövidülnek meg különböző emberekben. Tehát ezt a sebességet nagyban befolyásolja a stressz. E. Blackburn (2009-es fiziológiai vagy orvostudományi Nobel-díjas) azt találta, hogy a folyamatosan stressznek kitett nők (például krónikusan beteg gyermekek anyja) telomerjei lényegesen rövidebbek társaikhoz képest (körülbelül tíz évvel!). E. Blackburn laboratóriuma kifejlesztett egy kereskedelmi tesztet az emberek „biológiai életkorának” meghatározására a telomerhossz alapján.
Érdekes módon az egerek telomerjei nagyon hosszúak (50-40 kb, szemben az ember 10-15 kb-jával). Egyes laboratóriumi egértörzsekben a telomerek hossza eléri a 150 kb-t. Ráadásul az egerekben a telomeráz mindig aktív, ami megakadályozza a telomerek lerövidülését. Azonban, mint mindenki tudja, ez nem teszi halhatatlanná az egereket. Nem csak ez, hanem sokkal nagyobb arányban fejlődnek ki náluk daganatok, mint az embereknél, ami arra utal, hogy a telomerrövidülés, mint tumorvédelmi mechanizmus nem működik egerekben.
Különböző emlősök telomerhosszának és telomeráz aktivitásának összehasonlításakor kiderült, hogy a replikatív sejtöregedés jellemezte fajok hosszabb élettartammal és nagyobb súlyúak. Ilyenek például a bálnák, amelyek élettartama elérheti a 200 évet. Az ilyen szervezetek számára a replikatív öregedés egyszerűen szükséges, mivel a túl sok osztódás sok mutációt generál, amelyek ellen valahogy le kell küzdeni. Feltehetően a replikatív öregedés egy ilyen harci mechanizmus, amihez a telomeráz elnyomása is társul.
A differenciált sejtek öregedése eltérően megy végbe. A neuronok és a szívizomsejtek is öregszenek, de nem osztódnak! Például a lipofuscin felhalmozódik bennük, egy szenilis pigment, amely megzavarja a sejtek működését és apoptózist vált ki. A zsír felhalmozódik a máj és a lép sejtjeiben, ahogy öregszünk.
A replikatív sejtöregedés és a test öregedése közötti összefüggés szigorúan véve nem bizonyított, de az életkorral összefüggő patológiát sejtöregedés is kíséri (4. ábra). Az idősek rosszindulatú daganatai többnyire a szövetek megújulásával járnak. A fejlett országokban a rák a megbetegedések és halálozások egyik fő oka, a rák független kockázati tényezője pedig egyszerűen... az életkor. A daganatos betegségek okozta halálozások száma exponenciálisan növekszik az életkorral, csakúgy, mint az általános halálozás. Ez azt mutatja, hogy alapvető kapcsolat van az öregedés és a karcinogenezis között.
4. ábra: A WI-38 vonal humán fibroblasztjai hisztokémiai úton festve β-galaktozidáz aktivitás jelenlétére. A - fiatal; B - régi (öreg).
A telomeráz egy előre megjósolt enzim
A szervezetben kell lennie egy olyan mechanizmusnak, amely kompenzálja a telomerek lerövidülését – tette ezt a feltételezést A.M. Olovnikov. Valóban, 1984-ben Carol Greider felfedezett egy ilyen enzimet, és el is nevezte telomeráz. A telomeráz (5. ábra) egy reverz transzkriptáz, amely megnöveli a telomerek hosszát, kompenzálva azok alulreplikációját. 2009-ben E. Blackburn, K. Grader és D. Shostak Nobel-díjat kapott ezen enzim felfedezéséért, valamint a telomerek és a telomeráz tanulmányozásával foglalkozó munkák sorozatáért (lásd: „A „kortalan” Nobel-díj: 2009-ben kitüntetik a telomerekkel és a telomerázzal kapcsolatos munkát.).
5. ábra Telomeráz katalitikus komponenst (TERT reverz transzkriptáz), telomeráz RNS-t (hTR vagy TERC) tartalmaz, amely a telomer ismétlődés két másolatát tartalmazza, és a telomerek szintézisének templátja, valamint a dyskerin fehérjét.
E. Blackburn szerint a telomeráz körülbelül 70 gén aktivitásának szabályozásában vesz részt. A telomeráz aktív a csíra- és embrionális szövetekben, az őssejtekben és a szaporodó sejtekben. A rákos daganatok 90%-ában megtalálható, ami biztosítja a rákos sejtek ellenőrizhetetlen szaporodását. Jelenleg a rák kezelésére használt gyógyszerek között van egy telomeráz inhibitor. De egy felnőtt szervezet legtöbb szomatikus sejtjében a telomeráz nem aktív.
Egy sejtet számos inger - telomer diszfunkció, DNS-károsodás - okozhat öregedés állapotba, amit mutagén környezeti hatások, endogén folyamatok, erős mitogén jelek (Ras, Raf, Mek, Mos, E2F-1 onkogének túlzott expressziója) okozhatnak. stb.), kromatin, stressz stb. rendellenességek. Valójában a sejtek abbahagyják az osztódást – öregednek – válaszul a potenciálisan rákot okozó eseményekre.
Genom Guardian
A telomer diszfunkció, amely akkor jelentkezik, amikor lerövidítik vagy a shelterin megszakad, aktiválja a p53 fehérjét. Ez a transzkripciós faktor a sejtet öregedési állapotba hozza, vagy apoptózist okoz. A p53 hiányában a humán karcinómákra jellemző kromoszómainstabilitás alakul ki. A p53 fehérje mutációi az emlő adenokarcinómák 50%-ában és a colorectalis adenocarcinomák 40-60%-ában találhatók. Ezért a p53-at gyakran a „genom őrzőjének” nevezik.
A telomeráz reaktiválódik a legtöbb hám eredetű daganatban, amely időseknél fordul elő. A telomeráz újraaktiválását a rosszindulatú folyamatok fontos lépésének tartják, mert lehetővé teszi a rákos sejteknek, hogy „dacoljanak” a Hayflick határértékkel. A telomer diszfunkció elősegíti a kromoszóma fúziókat és aberrációkat, amelyek p53 hiányában leggyakrabban rosszindulatú daganatokhoz vezetnek.
A sejtöregedés molekuláris mechanizmusairól
6. ábra Sejtciklus diagram. A sejtciklus négy szakaszra oszlik: 1. G1(pre-szintetikus) - az az időszak, amikor a sejt felkészül a DNS-replikációra. Ebben a szakaszban a sejtciklus leállása következhet be, ha DNS-károsodást észlelnek (a javítás során). Ha hibákat észlelnek a DNS-replikációban, és azokat nem lehet javítani, akkor a sejt nem lép S-stádiumba. 2.S(szintetikus) - amikor a DNS-replikáció megtörténik. 3. G2(posztszintetikus) - a sejt előkészítése a mitózisra, amikor a DNS-replikáció pontosságát ellenőrizzük; ha alulreplikált fragmenseket vagy más szintéziszavart észlelünk, nem következik be a következő szakaszba (mitózis) való átmenet. 4. M(mitózis) - sejtorsó kialakulása, szegregáció (kromoszóma divergencia) és két leánysejt kialakulása (maga osztódás).
Annak érdekében, hogy megértsük a sejt öregedési állapotába való átmenetének molekuláris mechanizmusait, emlékeztetni fogom Önt arra, hogyan történik a sejtosztódás.
A sejtszaporodás folyamatát proliferációnak nevezik. Azt az időt, amikor egy sejt osztódástól osztódásig fennáll, sejtciklusnak nevezzük. A szaporodási folyamatot mind maga a sejt - autokrin növekedési faktorok - és mikrokörnyezete - parakrin jelek szabályozzák.
A proliferáció aktiválása a sejtmembránon keresztül történik, amely receptorokat tartalmaz, amelyek mitogén jeleket észlelnek - ezek főként növekedési faktorok és intercelluláris kontakt jelek. A növekedési faktorok általában peptid jellegűek (még körülbelül 100 ismert közülük). Ilyenek például a thrombocyta növekedési faktor, amely részt vesz a thrombusképzésben és a sebgyógyulásban, a hám növekedési faktor, a különböző citokinek - interleukinok, tumor nekrózis faktor, telepstimuláló faktorok stb. A proliferáció aktiválása után a sejt kilép a G0 nyugalmi fázisból, és megkezdődik a sejtciklus (6. ábra).
A sejtciklust ciklinfüggő kinázok szabályozzák, amelyek a sejtciklus minden szakaszában eltérőek. Ciklinek aktiválják, és számos inhibitor inaktiválja. Az ilyen komplex szabályozás célja a DNS szintézis minél kevesebb hibával történő biztosítása, hogy a leánysejtek teljesen azonos örökítőanyaggal rendelkezzenek. A DNS-másolás helyességének ellenőrzése a ciklus négy „ellenőrző pontján” történik: ha hibákat észlel, a sejtciklus leáll, és a DNS-javítás aktiválódik. Ha a DNS-szerkezet károsodása korrigálható, a sejtciklus folytatódik. Ha nem, akkor jobb, ha a sejt „öngyilkosságot követ el” (apoptózissal), hogy elkerülje a rákos megbetegedést.
Az irreverzibilis sejtciklus-leálláshoz vezető molekuláris mechanizmusokat a tumorszuppresszor gének szabályozzák, beleértve a p53-at és a pRB-t, amelyek ciklinfüggő kináz-inhibitorokhoz kapcsolódnak. A sejtciklus elnyomását a G1 fázisban a p53 fehérje hajtja végre, a p21 ciklinfüggő kináz inhibitorán keresztül hatva. A p53 transzkripciós faktort DNS-károsodás aktiválja, és feladata, hogy eltávolítsa a replikálódó sejtek készletéből azokat, amelyek potenciálisan onkogének (innen ered a p53 becenév – „a genom őre”). Ezt az elképzelést támasztja alá az a tény, hogy a rosszindulatú daganatok ~50%-ában p53 mutáció található. A p53 aktivitás másik megnyilvánulása a leginkább sérült sejtek apoptózisához kapcsolódik.
A sejtek öregedése és az életkorral összefüggő betegségek
7. ábra A sejtek öregedése és a test öregedése közötti kapcsolat.
Az öregedő sejtek az életkorral felhalmozódnak, és hozzájárulnak az életkorral összefüggő betegségekhez. Csökkentik a szövet proliferációs potenciálját és kimerítik az őssejtek készletét, ami degeneratív szöveti rendellenességekhez vezet, és csökkenti a regenerációs és megújulási képességet.
Az öregedő sejteket specifikus génexpresszió jellemzi: gyulladásos citokineket és metalloproteinázokat választanak ki, amelyek elpusztítják az intercelluláris mátrixot. Kiderült, hogy az öreg sejtek lomha időskori gyulladást okoznak, a régi fibroblasztok bőrben történő felhalmozódása pedig a korral összefüggő sebgyógyulási képesség csökkenését okozza (7. ábra). A régi sejtek szintén serkentik a közeli rákmegelőző sejtek proliferációját és rosszindulatú daganatos megbetegedését a hám növekedési faktor szekréciója révén.
Az öregedő sejtek sok emberi szövetben felhalmozódnak, és jelen vannak ateroszklerotikus plakkokban, bőrfekélyekben, ízületi gyulladásos ízületekben, valamint a prosztata és a máj jóindulatú és preneoplasztikus hiperproliferatív elváltozásaiban. A rákos daganatok besugárzásakor egyes sejtek is öregedési állapotba kerülnek, ezáltal biztosítva a betegség visszaesését.
A sejtek öregedése tehát a negatív pleiotrópia hatását mutatja, aminek az a lényege, hogy ami jó egy fiatal szervezetnek, az rossz lehet egy öregnek. A legszembetűnőbb példa a gyulladásos folyamatok. A kifejezett gyulladásos reakció hozzájárul a fiatal test gyors felépüléséhez a fertőző betegségekből. Idős korban az aktív gyulladásos folyamatok az életkorral összefüggő betegségekhez vezetnek. Ma már általánosan elfogadott, hogy a gyulladás szinte minden korral összefüggő betegségben meghatározó szerepet játszik, kezdve a neurodegeneratív betegségektől.
