უჯრედების დაბერების მორფოლოგიური ნიშნები. უჯრედების დაბერება (ინ ვიტრო)

დღეს მეცნიერება სახელად ციტოგერონტოლოგია სწავლობს უჯრედების რეპროდუქციას და დაბერებას. მეცნიერებმა შეძლეს დაედგინათ, რომ არსებობს არა მხოლოდ უჯრედების ბუნებრივი დაბერების მარტივი პროცესი მათი შემდგომი სიკვდილით, არამედ მისი დაპროგრამება შესაძლებელია გენეტიკურ დონეზეც.

ამ პროცესს ასევე უწოდებენ "აპოპტოზს", როგორც ზემოთ იყო აღწერილი. ეს პროგრამა ჩამოყალიბდა თითოეული ადამიანის გენეტიკურ დონეზე და მისი მთავარი მიზანია გაათავისუფლოს სხეული ზედმეტი უჯრედული მასალისგან, რომელიც აღარ არის საჭირო.

დღემდე, მეცნიერებმა შეძლეს ერთდროულად წარმოედგინათ რამდენიმე თეორია იმის შესახებ, თუ როგორ შეიძლება მოხდეს ორგანიზმში უჯრედების დაბერების პროცესი.

დღეს მეცნიერები საკმაოდ აქტიურად ატარებენ სხვადასხვა კვლევებს, რომლის დროსაც ისინი სწავლობენ ადამიანის სხეულის შემაერთებელი ქსოვილის უჯრედების დაბერების პროცესს. ეს უჯრედები განლაგებულია მთელ სხეულში და ისინი უშუალო და საკმაოდ აქტიურ მონაწილეობას იღებენ ორგანიზმის თითქმის ყველა მეტაბოლურ პროცესში, რომელიც მნიშვნელოვანია ადამიანის სიცოცხლისთვის.

არსებობს მეცნიერთა ჯგუფი, რომლებიც თითქმის ასი პროცენტით არიან დარწმუნებული, რომ შემაერთებელი ქსოვილის უჯრედები ან ფიბრობლასტები ფაქტიურად „აიძულებენ“ ყველა სხვა სისტემას, ისევე როგორც ადამიანის სხეულის უჯრედებს, დაბერდეს. ანუ მთელი ორგანიზმის ერთდროული დაბერება ერთდროულად ხდება.

მიმდინარე კვლევების წყალობით, მეცნიერებმა შეძლეს დაედგინათ, რომ მუტაციები ასევე გარკვეულ როლს თამაშობენ სხეულის უჯრედების დაბერების პროცესში. ყოველივე ამის შემდეგ, როგორც ცნობილია, მიტოქონდრია თანდათან გროვდება დნმ-ში, ჩნდება ზუსტად გარკვეული მუტაციების შედეგად.

უჯრედების განადგურების პროცესში, სპეციფიკური ცილა, როგორიცაა p53 ცილა, ასევე მნიშვნელოვან როლს ასრულებს. მაგალითად, თუ გარკვეული გარემოებების გამო სიმსივნური უჯრედები ჩნდება ადამიანის ორგანიზმში, მყისიერად აქტიურდება აპოპტოზი, ანუ მათი ბუნებრივი განადგურების პროცესი.

ასევე შესაძლებელი იყო ზუსტად დაედგინა, თუ რა როლს ასრულებს ეს პროცესი უჯრედების დაბერებაში, მაგრამ დღემდე მეცნიერებმა სრულად ვერ დაადგინეს ეს თეორია, ამიტომ ის წმინდა თეორიულია. სხვადასხვა კვლევები ტარდება კუნთებზე და ყოველ ჯერზე მეცნიერები სრულიად წინააღმდეგობრივ შედეგებს იღებენ.

არის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ფაქტორი, რომელიც პირდაპირ გავლენას ახდენს ადამიანის ორგანიზმში უჯრედების დაბერების პროცესზე – ლიმფოციტური უჯრედების დეგრადაცია, რომელიც თანდათანობით ხდება. კვლევები ჩატარდა პრიმატებზე და შედეგებმა აჩვენა, რომ თუ ყოველდღიური დიეტა შეიცავს კალორიების მინიმალურ რაოდენობას, მაშინ იმუნური უჯრედების დაბერება ბუნებრივად შენელდება.

ამავდროულად, ნივთიერებას, რომელიც არის სისხლის ნაწილი და ვლინდება ანთების დაწყებისას, ასევე შეუძლია შეანელოს მათი დაბერების პროცესი - ეს არის უნიკალური C რეაქტიული ცილა. სახიფათო ონკოვირუსებით ინფექციამ შეიძლება გამოიწვიოს იმუნური სისტემის ბუნებრივი გაფუჭების სწრაფი პროცესი, შესაბამისად, სხეულის დამცავი სისტემა იწყებს ტანჯვას.

უჯრედების ახალგაზრდობა, ისევე როგორც მთელი ადამიანის სხეული, პირდაპირ კავშირშია ისეთ სპეციალურ ნივთიერებასთან, როგორიცაა ტელომერაზა. ეს ნივთიერება არის ერთ-ერთი სპეციალური ფერმენტი, რომელსაც აქვს უნარი დაამატოთ დნმ-ის მოლეკულების უნიკალური მონაკვეთები, რომლებიც შეიძლება განმეორდეს. ამ პროცესის შედეგად უჯრედებს შეუძლიათ შეიძინონ ისეთი თვისება, როგორიცაა ფაქტიურად გაუთავებელი გამრავლება, რის შემდეგაც ისინი არ მოკვდებიან, არამედ გააგრძელებენ შემდგომ გაყოფას.

მაგალითად, ამ უნიკალური ნივთიერების (ტელომერაზას) საკმაოდ მაღალი აქტივობა შეინიშნება ემბრიონის უჯრედში. სწორედ ამ ფერმენტის თანდათანობით გადაშენების შედეგად მოხდება უჯრედების დაბერება.

ბოლო ორი ან სამი წელი ფაქტიურად გარღვევა იყო გერონტოლოგიისთვის. ჯერ მეცნიერებმა იპოვეს საფუარის, ჭიების და თუნდაც თაგვების სიცოცხლის გახანგრძლივების გზა მარხვის გზით, შემდეგ მათ აღმოაჩინეს რამდენიმე გენი, რომლებსაც შეუძლიათ აქტიური დღეგრძელობის გახანგრძლივება. შესაძლებელი გახდა კავშირის აღმოჩენა რეპროდუქციული სისტემის განვითარებას, ცხიმოვან ქსოვილსა და სიცოცხლის ხანგრძლივობას შორის.

მაგრამ დაბერების მოლეკულურ და ფიჭურ საფუძველთან მიდგომა არ შეცვლილა რამდენიმე ათეული წლის განმავლობაში: მუტაციების დაგროვება, რომლებიც აუცილებლად წარმოიქმნება გაყოფის დროს, ცილების თანდათანობითი განადგურება და "სარეზერვო" სისტემების ამოწურვა.

მარტინ ჰეცერმა სოლკის ბიოლოგიური კვლევის ინსტიტუტიდან და მისმა კოლეგებმა შეძლეს მნიშვნელოვნად დახვეწეს ეს გაგება:

ზოგადი სიტყვების მიღმა ცვეთა და ცვეთაზე, სულ მცირე, არის ბირთვული ფორების ფუნქციონირების დარღვევა, რაც უზრუნველყოფს შიგთავსის შერჩევით გაცვლას ბირთვსა და უჯრედს შორის.

მიუხედავად მიკროსკოპული ზომებისა - ხუთიდან ასამდე მიკრომეტრამდე, უჯრედი თავისთავად მოიცავს კიდევ რამდენიმე ათეულ ორგანელას, რომელთა შორის მთავარია ბირთვი, რომელიც უზრუნველყოფს ყველა უჯრედშიდა და უჯრედშორისი პროცესის რეგულირებას. ბირთვის შიგნით, რომელსაც შეუძლია დაიკავოს მოცულობის 80%-მდე (სპერმაში), მდებარეობს ყველაზე ღირებული – დნმ-ის თანმიმდევრობაში დაშიფრული გენეტიკური ინფორმაცია.

რომ არა ბირთვული მემბრანა, მაშინ კოდის წაკითხვისას მუტაციების და წარუმატებლობის რაოდენობა უბრალოდ უჯრედს არ მისცემდა სიცოცხლის საშუალებას. მაგრამ ქრომოსომების მიმდებარე ორმაგი მემბრანის მიუხედავად,

გენეტიკური აპარატი არ არის იზოლირებული: სხვადასხვა ტიპის რნმ მუდმივად ტოვებს ბირთვს, არეგულირებს ცილის სინთეზს, ხოლო ტრანსკრიფციის ფაქტორების გააქტიურების სიგნალები შიგნით აღწევს.

როგორც ხდება „დიდი“ ბარიერების შემთხვევაში, რომლებიც მოქმედებს მთელი ორგანიზმის დონეზე, ბირთვულს ასევე აქვს შერჩევითი გამტარიანობა: მაგალითად, ცხიმში ხსნადი მოლეკულები, იქნება ეს სტეროიდული ჰორმონები თუ გარკვეული მედიკამენტები, ადვილად აღწევენ მემბრანაში. უფრო წააგავს თხელ ზეთოვან ფილას, რომელიც გადახლართულია.

მაგრამ ნუკლეინის მჟავები, ცილები და სხვა ჰიდროფილური ნაერთები განწირულია სპეციალური არხების - ბირთვული ფორების გასავლელად. მიუხედავად მოლეკულების მრავალფეროვნებისა, რომლებიც გადის, თავად ფორები ორგანიზმების უმეტესობაში საკმაოდ კონსერვატიულადაა სტრუქტურირებული და შედგება შიდა არხისა და სიმეტრიული გარე ნაწილებისგან, რვაკუთხედის წვეროებზე განლაგებული ცილის მოლეკულების მსგავსი.

როგორც ჰეცერმა და Cell-ში პუბლიკაციის თანაავტორებმა აჩვენეს, დროთა განმავლობაში ეს ფორები იწყებენ „გაჟონვას“, რაც იწვევს უფრო „შესანიშნავ“ შედეგებს - თავის ტვინის სისხლძარღვების გასწვრივ ამილოიდური დაფების დალექვას, ხრტილის განადგურებას. სახსრები და გულის "დაქვეითება".

კუნთოვანი უჯრედების, შემდეგ კი ნემატოდის C. elegans-ის მთელი სხეულის მაგალითის გამოყენებით, მეცნიერებმა აჩვენეს, რომ ბირთვული არხის პერიფერიული ნაწილი რეგულარულად განახლდება, ხოლო ცენტრალური ნაწილი აღდგება მხოლოდ უჯრედების გაყოფის დროს, რომლის დროსაც ხდება ბირთვული მემბრანა. ჯერ განადგურდა და შემდეგ კვლავ ჩამოყალიბდა. შესაბამისად, ბირთვული ფორები თანდათან „იწურება“, მაგრამ, სხვა უჯრედშიდა სისტემებისგან განსხვავებით, ისინი არ განახლდება, რაც იწვევს „გაჟონვას“. შედეგად, ბირთვში შედიან არა მხოლოდ მუტაგენები, არამედ სხვა მოლეკულები, რომლებიც არღვევენ გენეტიკური აპარატის ფუნქციონირებას.

თუ საქმე ეხება კანის უჯრედების ან ნაწლავის ეპითელიუმის მუდმივ განახლებას, მაშინ ასეთი პრობლემა არ წარმოიქმნება, მაგრამ რა შეიძლება ითქვას ნერვულ ან კუნთოვან უჯრედებზე, რომლებიც პრაქტიკულად არ იყოფა მთელი ცხოვრების განმავლობაში? გასაკვირი არ არის, რომ მათი მეტაბოლიზმი დაკავშირებულია არა მხოლოდ ბირთვიდან „სიგნალებთან“, არამედ რეაქციის ჩამოყალიბებულ კასკადებთან, რომლებიც არ საჭიროებს გენეტიკური აპარატის სწრაფ ჩარევას.

ჰეცერის აღმოჩენა არ გახდა კიდევ ერთი „თვითკმარი“ ჰიპოთეზა დაბერების თეორიაში. მეცნიერებმა აჩვენეს, თუ როგორ შეუძლიათ ჟანგბადის რეაქტიულ სახეობებს, რომლებიც დიდი ხანია გახდნენ გერონტოლოგების მთავარი მტერი, დააჩქარონ ბირთვული ფორების ცვეთა და მასთან ერთად მთელი უჯრედის დაბერება. ჩვენ შეგვიძლია მხოლოდ იმედი ვიქონიოთ, რომ სისტემა, რომელიც ანაზღაურებს ამ „გაჟონვას“ ჯერ კიდევ არსებობს და თუ მისი აღმოჩენა შესაძლებელი იქნება, ეს იქნება ახალი ეტაპი აქტიური დღეგრძელობის შესწავლაში.

მიუხედავად მისი უნივერსალურობისა, დაბერების პროცესის მკაფიოდ განსაზღვრა რთულია. ასაკთან ერთად ფიზიოლოგიური და სტრუქტურული ცვლილებები ხდება თითქმის ყველა ორგანოს სისტემაში. დაბერებისას დიდი მნიშვნელობა აქვს გენეტიკურ და სოციალურ ფაქტორებს, კვების რეჟიმს, ასევე ასაკთან დაკავშირებულ დაავადებებს - ათეროსკლეროზს, დიაბეტის, ოსტეოართრიტს. ასაკთან დაკავშირებული უჯრედების დაზიანება ასევე სხეულის დაბერების მნიშვნელოვანი კომპონენტია.

ასაკთან ერთად, მთელი რიგი უჯრედული ფუნქციები თანდათანობით იტანჯება. მცირდება ოქსიდაციური ფოსფორილირების აქტივობა მიტოქონდრიებში, ფერმენტების და უჯრედული რეცეპტორების სინთეზი. დაბერებულ უჯრედებს აქვთ შემცირებული უნარი შეიწოვონ საკვები ნივთიერებები და აღადგინონ ქრომოსომული დაზიანება. მოძველებულ უჯრედებში მორფოლოგიური ცვლილებები მოიცავს არარეგულარულ და ლობულურ ბირთვებს, პოლიმორფულ ვაკუოლირებულ მიტოქონდრიას, ენდოპლაზმური ბადის დაქვეითებას და ლამელარული კომპლექსის დეფორმაციას. ამავდროულად გროვდება ლიპოფუსცინის პიგმენტი.

უჯრედების დაბერება მრავალფაქტორიანი პროცესია. იგი მოიცავს უჯრედების დაბერების ენდოგენურ მოლეკულურ პროგრამებს, ისევე როგორც ეგზოგენურ ზემოქმედებას, რაც იწვევს უჯრედების გადარჩენის პროცესებში პროგრესულ ჩარევას.

უჯრედების დაბერების ფენომენს ინტენსიურად სწავლობენ ინ ვიტრო ექსპერიმენტებში. ნაჩვენებია, რომ დაბერებულ უჯრედებში აქტიურდება დაბერებისთვის დამახასიათებელი გენები, ზიანდება ზრდის მარეგულირებელი გენები, სტიმულირდება ზრდის ინჰიბიტორები და ასევე აქტიურდება სხვა გენეტიკური მექანიზმები.

ვარაუდობენ, რომ გენის დეფექტები შეიძლება გამოწვეული იყოს ქრომოსომების ტელომერული დამოკლებით. ტელომერები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ქრომოსომების ტერმინალური ნაწილების სტაბილიზაციასა და ბირთვულ მატრიქსთან მიმაგრებაში. მაგალითად, ტელომერების სიგრძე მცირდება უჯრედული კულტურის ბოლო პასაჟებში და ხანდაზმული ადამიანების უჯრედულ კულტურაში. აღმოჩენილია კავშირი ტელომერის სიგრძესა და ტელომერაზას აქტივობას შორის.

დაბერების დროს შეძენილი უჯრედების დაზიანება ხდება თავისუფალი რადიკალების გავლენის ქვეშ. ამ დაზიანების მიზეზები შეიძლება იყოს მაიონებელი გამოსხივების ზემოქმედება ან ანტიოქსიდანტური თავდაცვის მექანიზმების აქტივობის პროგრესული დაქვეითება, როგორიცაა ვიტამინი E, გლუტათიონ პეროქსიდაზა. თავისუფალი რადიკალებისგან უჯრედების დაზიანებას თან ახლავს ლიპოფუსცინის დაგროვება, მაგრამ თავად პიგმენტი არ არის ტოქსიკური უჯრედისთვის. გარდა ამისა, SPOL და თავისუფალი რადიკალები იწვევს ნუკლეინის მჟავების დაზიანებას როგორც ბირთვში, ასევე მიტოქონდრიაში. მიტოქონდრიული დნმ-ის მუტაციები და განადგურება ასაკთან ერთად დრამატული ხდება. თავისუფალი ჟანგბადის რადიკალები ასევე კატალიზებენ ცილების, მათ შორის ფერმენტების მოდიფიკაციების წარმოქმნას, რაც მათ მგრძნობიარეს ხდის ციტოზოლში შემავალი ნეიტრალური და ტუტე პროტეაზების მავნე ზემოქმედების მიმართ, რაც იწვევს უჯრედების ფუნქციების შემდგომ დარღვევას.

ასაკთან ერთად ასევე ხდება უჯრედშიდა და უჯრედგარე ცილებში ტრანსლაციური ცვლილებები. ასეთი ცვლილებების ერთ-ერთი სახეობაა ცილების არაფერმენტული გლიკოზილაცია. მაგალითად, ასაკთან დაკავშირებული ლინზების ცილების გლიკოზილაცია ეფუძნება ხანდაზმულ კატარაქტის.

და ბოლოს, არსებობს მტკიცებულება სტრესის ცილების წარმოქმნის დარღვევის შესახებ in vitro ექსპერიმენტულ ცხოველებში დაბერების დროს. სტრესის ცილების ფორმირება სხვადასხვა სტრესისგან დაცვის ყველაზე მნიშვნელოვანი მექანიზმია.

უჯრედების დაბერება მრავალფაქტორიანი პროცესია და უხსოვარი დროიდან აწუხებს მეცნიერებს. ეს პროცესი მოიცავს უჯრედების დაბერების ენდოგენურ მოლეკულურ პროგრამებს, ისევე როგორც ეგზოგენურ ზემოქმედებას, რაც იწვევს უჯრედების გადარჩენის პროცესებში პროგრესულ ჩარევას.

ასაკთან ერთად, მთელი რიგი უჯრედული ფუნქციები თანდათანობით იტანჯება. დაბერებულ უჯრედებს აქვთ შემცირებული უნარი შეიწოვონ საკვები ნივთიერებები და აღადგინონ ქრომოსომული დაზიანება. მორფოლოგიური ცვლილებები მოძველებულ უჯრედებში, რომელშიც მცირდება ოქსიდაციური ფოსფორილირების აქტივობა მიტოქონდრიებში და მათი ვაკუოლიზაცია, მცირდება ენდოპლაზმური რეტიკულუმი და მცირდება ფერმენტების და უჯრედული რეცეპტორების სინთეზის აქტივობა. რა გარდაქმნები ხდება უჯრედის ბირთვში დაბერების პროცესში.

უჯრედის ბირთვიარის გენეტიკური მასალის შენახვისა და განხორციელების ადგილი - უჯრედში ცილის სინთეზის პროცესების აგებისა და რეგულირების გეგმები.

მთავარი ბირთვის კომპონენტებიარიან:

• ბირთვული მემბრანა;
• ქრომატინი;
• ნუკლეოლუსი;
• ბირთვული მატრიცა.

ბირთვი ყოველთვის ლოკალიზებულია უჯრედის კონკრეტულ ადგილას. უჯრედის ბირთვის მიერ შესრულებული ძირითადი ფუნქციებია გენეტიკური ინფორმაციის შენახვა, გამოყენება და გადაცემა. გარდა ამისა, ბირთვი პასუხისმგებელია რიბოსომური ქვედანაყოფების ფორმირებაზე.

უჯრედში ბირთვი შეიძლება იყოს ორ მდგომარეობაში: მიტოზური (გაყოფის დროს) და ინტერფაზური (განყოფილებებს შორის). ინტერფაზის დროს, მიკროსკოპის ქვეშ, ცოცხალი უჯრედის ბირთვში ჩანს მხოლოდ ბირთვი და ის ოპტიკურად ცარიელი ჩანს. ბირთვის სტრუქტურები ძაფებისა და მარცვლების სახით შეიძლება შეინიშნოს მხოლოდ მაშინ, როდესაც უჯრედი ექვემდებარება მავნე ფაქტორებს, როდესაც ის გადადის სასაზღვრო მდგომარეობაში სიცოცხლესა და სიკვდილს შორის. ამ მდგომარეობიდან უჯრედი შეიძლება დაუბრუნდეს ნორმალურ ცხოვრებას ან მოკვდეს.

ბირთვული მემბრანა - მთავარი ფუნქცია არის ბარიერი. ის პასუხისმგებელია ბირთვის შიგთავსის ციტოპლაზმიდან გამოყოფაზე, მაკრომოლეკულების თავისუფალ ტრანსპორტირებაზე ბირთვსა და ციტოპლაზმას შორის შეზღუდვაზე, აგრეთვე ინტრაბირთვული წესრიგის შექმნაზე - ქრომოსომული მასალის ფიქსაცია. ბირთვული გარსი შედგება გარე და შიდა ბირთვული მემბრანისგან.

ბირთვული კონვერტის გარე მემბრანას, რომელიც უშუალო კავშირშია უჯრედის ციტოპლაზმასთან, აქვს მრავალი სტრუქტურული მახასიათებელი, რაც საშუალებას აძლევს მას კლასიფიცირდეს როგორც თავად ენდოპლაზმური რეტიკულუმის მემბრანული სისტემის ნაწილი. უპირველეს ყოვლისა, ასეთი მახასიათებლები მოიცავს მრავალრიცხოვანი პოლირიბოსომის არსებობას ჰიალოპლაზმის მხარეს, ხოლო გარე ბირთვულ მემბრანას შეუძლია პირდაპირ გარდაიქმნას მარცვლოვანი ენდოპლაზმური რეტიკულუმის მემბრანებად.

შიდა ბირთვული მემბრანა დაკავშირებულია ბირთვის ქრომოსომულ მასალასთან. კარიოპლაზმის მხრიდან, ბოჭკოებისგან შემდგარი ეგრეთ წოდებული ბოჭკოვანი ფენა, არის შიდა ბირთვული მემბრანის მიმდებარედ, მაგრამ ეს არ არის დამახასიათებელი ყველა უჯრედისთვის.

ბირთვული კონვერტი არ არის უწყვეტი. იგი შეიცავს ბირთვულ ფორებს, რომლებიც წარმოიქმნება ორი ბირთვული მემბრანის შერწყმის შედეგად. ამ შემთხვევაში იქმნება მრგვალი ხვრელები. ეს ხვრელები ბირთვის კონვერტში ივსება რთული გლობულური და ფიბრილარული სტრუქტურებით. ბირთვული ფორების რაოდენობა დამოკიდებულია უჯრედების მეტაბოლურ აქტივობაზე: რაც უფრო ინტენსიურია სინთეზური პროცესები უჯრედში, მით მეტია ფორები უჯრედის ბირთვის ერთეულ ზედაპირზე.

ქრომატინი(ბერძნული ქრომადან - ფერი, საღებავი) არის ინტერფაზური ბირთვის ძირითადი სტრუქტურა. ქიმიურად ის წარმოადგენს სხვადასხვა ხარისხის სპირალურობის (გადახვევის) ცილებისა და დნმ-ის კომპლექსს. დნმ არის ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა, ინდივიდუალური და უნიკალური ყველასთვის. ეს არის უნიკალური შიფრი ან კოდი, რომელიც განსაზღვრავს სხეულის სტრუქტურის, ფუნქციონირებისა და განვითარების (დაბერების) მახასიათებლებს. ანუ დაბერების თავისებურებები მემკვიდრეობითია.

მორფოლოგიურად გამოიყოფა ქრომატინის ორი ტიპი: ჰეტეროქრომატინი და ევქრომატინი. ჰეტეროქრომატინიშეესაბამება ინტერფაზაში ნაწილობრივ შედედებულ ქრომოსომულ უბნებს და ფუნქციურად არააქტიურია. ევქრომატინი- ეს არის ინტერფაზაში დეკონდენსირებული ქრომოსომების მონაკვეთები, ფუნქციურად აქტიური ქრომატინი.

მიტოზის დროს მთელი ევქრომატინი მაქსიმალურად კონდენსირებულია და ხდება ქრომოსომების ნაწილი. ამ პერიოდის განმავლობაში ქრომოსომები არ ასრულებენ რაიმე სინთეზურ ფუნქციას. ზოგჯერ, ზოგიერთ შემთხვევაში, მთელი ქრომოსომა შეიძლება დარჩეს შედედებულ მდგომარეობაში ინტერფაზის დროს და მას აქვს გლუვი ჰეტეროქრომატინის სახე. მაგალითად, ქალის სხეულის სომატური უჯრედების ერთ-ერთი X ქრომოსომა ექვემდებარება ჰეტეროქრომატიზაციას ემბრიოგენეზის საწყის ეტაპზე (ფრაგმენტაციის დროს) და არ ფუნქციონირებს. ამ ქრომატინს უწოდებენ სქესის ქრომატინს ან ბარის სხეულებს.

ქრომატინის ცილები შეადგენს მისი მშრალი მასის 60-70%-ს და წარმოდგენილია ორი ჯგუფით:

• ჰისტონური ცილები;
• არაჰისტონის ცილები.

ჰისტონური ცილები(ჰისტონი) არის ტუტე ცილები, რომლებიც შეიცავს ძირითად ამინომჟავებს (ძირითადად ლიზინს, არგინინს). ისინი განლაგებულია არათანაბრად ბლოკების სახით დნმ-ის მოლეკულის სიგრძის გასწვრივ. ერთი ბლოკი შეიცავს 8 ჰისტონის მოლეკულას, რომლებიც ქმნიან ნუკლეოსომას. ნუკლეოსომა წარმოიქმნება დნმ-ის დატკეპნით და ზეგადახვევით.

არაჰისტონის ცილები შეადგენენ ჰისტონების რაოდენობის 20%-ს და ინტერფაზურ ბირთვებში ქმნიან სტრუქტურულ ქსელს ბირთვის შიგნით, რომელსაც ეწოდება ბირთვული ცილის მატრიცა. ეს მატრიცა წარმოადგენს ხარაჩოს, რომელიც განსაზღვრავს ბირთვის მორფოლოგიასა და მეტაბოლიზმს.

ნუკლეოლუსი- ბირთვის ყველაზე მკვრივი სტრუქტურა, ის არის ქრომოსომის წარმოებული, მისი ერთ-ერთი ადგილი, რომელსაც აქვს უმაღლესი კონცენტრაცია და რნმ-ის აქტიური სინთეზი ინტერფაზაში, მაგრამ არ არის დამოუკიდებელი სტრუქტურა ან ორგანელა.

ნუკლეოლს აქვს ჰეტეროგენული სტრუქტურა და შედგება ორი ძირითადი კომპონენტისგან - მარცვლოვანი და ფიბრილარული. მარცვლოვანი კომპონენტი წარმოდგენილია გრანულებით (მომწიფებული რიბოსომური ქვედანაყოფები) და ლოკალიზებულია პერიფერიის გასწვრივ. ფიბრილარული კომპონენტია რიბოსომას წინამორბედების რიბონუკლეოპროტეინების ძაფები, რომლებიც კონცენტრირებულია ბირთვის ცენტრალურ ნაწილში.

ნუკლეოლის ულტრასტრუქტურა დამოკიდებულია რნმ-ის სინთეზის აქტივობაზე: სინთეზის მაღალ დონეზე, გრანულების დიდი რაოდენობა აღმოჩენილია ბირთვში; როდესაც სინთეზი ჩერდება, გრანულების რაოდენობა მცირდება და ბირთვები გადაიქცევა ბაზოფილური მკვრივ ფიბრილარულ ძაფებად. ბუნება.

ბირთვული მატრიცა (კარიოპლაზმა) არის ბირთვის თხევადი ნაწილი, რომელიც ავსებს სივრცეს ქრომატინსა და ნუკლეოლებს შორის.

კარიოპლაზმა ძირითადად შედგება ცილების, მეტაბოლიტებისა და იონებისგან. ბირთვული მატრიცის ნაწილია ბირთვული კონვერტის ბოჭკოვანი ლამინა. ბირთვული ჩონჩხი, სავარაუდოდ, ხელს უწყობს ცილის ხერხემლის ფორმირებას, რომელსაც დნმ-ის მარყუჟები ერთვის.

უჯრედების ფიზიოლოგიური დაბერებაარის ზრდის შეუქცევადი შეწყვეტის მდგომარეობა. სხეულის დაბერების საფუძველია უჯრედული დაბერება. რაც, თავის მხრივ, გამოწვეულია გენომის რეორგანიზაციით, რაც ხდება ტელომერების შემცირებისა და დნმ-ის აღდგენის სისტემების დეფექტების შედეგად.

დადასტურებულია, რომ დაბერებულ უჯრედებში აქტიურდება სპეციფიკური გენები, ზიანდება რეგულატორები და სტიმულირდება ზრდის ინჰიბიტორები და აქტიურდება სხვა გენეტიკური მექანიზმებიც. მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ გენის დეფექტები შესაძლოა გამოწვეული იყოს ქრომოსომების ტელომერული დამოკლებით.

ტელომერები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ქრომოსომების ტერმინალური ნაწილების სტაბილიზაციასა და ბირთვულ მატრიქსთან მიმაგრებაში. ხანდაზმული ადამიანების უჯრედებში ტელომერის სიგრძე მცირდება. აღმოაჩინეს კავშირი ტელომერის სიგრძესა და ტელომერაზას აქტივობას შორის, რის შედეგადაც უჯრედის ქრომოსომების ტელომერული უბნების სიგრძე იზრდება ან მუდმივ დონეზე რჩება.

ასაკოვანი უჯრედები არ ჰგავს ახალგაზრდებს და ეს გამოიხატება დნმ-ის ჭარბი ფრაგმენტების და არასწორი უჯრედული ცილების დაგროვებით, აგრეთვე ნუკლეოლში არანორმალური სტრუქტურების გამოჩენაში (უჯრედის ბირთვში მდებარე ცილების და ნუკლეინის მჟავების კასეტური) . ასევე, ეს უჯრედები ექვემდებარება რეპლიკაციურ დაბერებას, ანუ მათ შეუძლიათ გარკვეული რაოდენობის გაყოფა (დაახლოებით 50).

მეცნიერებმა ასევე აღმოაჩინეს, რომ ქ ზოგიერთ შემთხვევაში შესაძლებელია მრიცხველის გადატვირთვა. ამავდროულად, შესაძლებელი გახდა იმის გარკვევა, თუ როგორ აქტიურდება სპეციალური გენი NDT80. ამ გენის სავარაუდო როლის შესამოწმებლად მკვლევარებმა ის გაააქტიურეს ძველ და არარეპროდუცირებულ უჯრედში. NDT80-ის ჩართვამ ორმაგი ეფექტი მოიტანა - უჯრედი ჩვეულებრივზე ორჯერ მეტხანს იცოცხლა და ნუკლეოლში ასაკთან დაკავშირებული დეფექტები გამოსწორდა. ეს მიუთითებს იმაზე, რომ ბირთვული ანომალიები უჯრედული დაბერების ერთ-ერთ გასაღებს ფლობს (მეორე გასაღები, ტელომერული, ბევრად უკეთ არის შესწავლილი). სამწუხაროდ, ჯერჯერობით უცნობია, როგორ მუშაობს ფიჭური საათის გადატვირთვის მექანიზმი. ცნობილია მხოლოდ ის, რომ NDT80 გენით კოდირებული ცილა არის ტრანსკრიფციის ფაქტორი, ანუ ის ემსახურება როგორც გამომწვევ ფუნქციას – ის ააქტიურებს უჯრედში არსებულ სხვა გენებს.

დაბერების თავისუფალი რადიკალების თეორიის მიმდევრები თვლიან, რომ დაბერების დროს შეძენილი უჯრედების დაზიანება ხდება თავისუფალი რადიკალების გავლენის ქვეშ. ამ დაზიანების მიზეზები შეიძლება იყოს მაიონებელი გამოსხივების ზემოქმედება ან ანტიოქსიდანტური თავდაცვის მექანიზმების აქტივობის პროგრესული დაქვეითება, როგორიცაა ვიტამინი E. გარდა ამისა, თავისუფალი რადიკალები აზიანებენ ნუკლეინის მჟავებს როგორც ბირთვში, ასევე მიტოქონდრიაში. მიტოქონდრიული დნმ-ის მუტაციები და განადგურება ასაკთან ერთად უბრალოდ „დრამატული“ ხდება. თავისუფალი ჟანგბადის რადიკალები ასევე კატალიზებენ ცილების, მათ შორის ფერმენტების მოდიფიკაციების წარმოქმნას, რაც მათ მგრძნობიარეს ხდის ციტოზოლში შემავალი ნეიტრალური და ტუტე პროტეაზების მავნე ზემოქმედების მიმართ, რაც იწვევს უჯრედების ფუნქციების შემდგომ დარღვევას.

ასაკთან ერთად ასევე ხდება უჯრედშიდა და უჯრედგარე ცილებში ტრანსლაციური ცვლილებები. ასეთი ცვლილებების ერთ-ერთი სახეობაა ცილების არაფერმენტული გლიკოზილაცია. მაგალითად, ასაკთან დაკავშირებული ლინზების ცილების გლიკოზილაცია ეფუძნება ხანდაზმულ კატარაქტის.

ამრიგად, უჯრედების დაბერების პროცესი მრავალფეროვანია. იგი გამოწვეულია სხვადასხვა ფაქტორებით და გადის სხვადასხვა სასიგნალო გზას. დაბერების პროცესი სხვადასხვა უჯრედში განსხვავებულია, ხდება დროის სხვადასხვა მომენტში, მაგრამ ნებისმიერ შემთხვევაში იწვევს უჯრედის დისფუნქციას და სიკვდილს. უჯრედების დაბერების მიზეზების და მისი გავლენის შესახებ სხეულის მთლიან დაბერებაზე მსჯელობა ჯერ არ არის მიღწეული და მეცნიერებს ჯერ არ მიუღწევიათ პასუხები უამრავ კითხვაზე, რომლებიც მნიშვნელოვანია დაბერების წინააღმდეგ ბრძოლის საშუალებების შემუშავებისთვის.

• ფიჭური კოსმეტიკა CELLCOSMET & CELLMEN (შვეიცარია)
• კოსმეტიკა "DOCTOR SPIELLER BIOCOSMETIC" ( დოქტორი სპილერი)
• სილამაზის ინექციები

სტატია კონკურსისთვის „ბიო/მოლი/ტექსტი“: 50 წელზე მეტი გავიდა მას შემდეგ, რაც ფიბრობლასტების კულტურებში დადასტურდა უჯრედების დაბერების ფენომენი, მაგრამ ძველი უჯრედების არსებობა ორგანიზმშიდიდი ხანია დაკითხული. არ არსებობდა მტკიცებულება დაბერების შესახებ ცალკეული უჯრედებიმნიშვნელოვან როლს ასრულებს ყველაფრის დაბერებაში სხეული. ბოლო წლებში აღმოაჩინეს უჯრედების დაბერების მოლეკულური მექანიზმები და მათი კავშირი კიბოსთან და ანთებასთან. თანამედროვე კონცეფციების თანახმად, ანთება წამყვან როლს თამაშობს ასაკთან დაკავშირებული თითქმის ყველა დაავადების წარმოშობაში, რაც საბოლოოდ იწვევს ორგანიზმში სიკვდილს. აღმოჩნდა, რომ ძველი უჯრედები, ერთის მხრივ, მოქმედებენ როგორც სიმსივნის დამთრგუნველი (რადგან ისინი შეუქცევად წყვეტენ თავის დაყოფას და ამცირებენ მიმდებარე უჯრედების ტრანსფორმაციის რისკს), ხოლო მეორეს მხრივ, ძველი უჯრედების სპეციფიკურმა მეტაბოლიზმმა შეიძლება გამოიწვიოს ანთება და მეზობელი კიბოსწინარე უჯრედების გადაგვარება ავთვისებიანად. ამჟამად მიმდინარეობს მედიკამენტების კლინიკური კვლევები, რომლებიც შერჩევით აცილებენ ძველ უჯრედებს ორგანოებსა და ქსოვილებში, რითაც თავიდან აიცილებენ ორგანოებში დეგენერაციულ ცვლილებებს და კიბოს.

ადამიანის სხეულში დაახლოებით 300 ტიპის უჯრედია და ყველა მათგანი იყოფა ორ დიდ ჯგუფად: ზოგიერთს შეუძლია გაყოფა და გამრავლება (ანუ ისინი მიტოტიკურად კომპეტენტური), და სხვა - პოსტმიტოზური- არ იყოფო: ეს არის ნეირონები, რომლებმაც მიაღწიეს დიფერენციაციის უკიდურეს სტადიას, კარდიომიოციტები, მარცვლოვანი ლეიკოციტები და სხვა.

ჩვენს სხეულში არის განახლებული ქსოვილები, რომლებშიც არის მუდმივად გამყოფი უჯრედების აუზი, რომელიც ცვლის დახარჯულ ან მომაკვდავ უჯრედებს. ასეთი უჯრედები გვხვდება ნაწლავის კრიპტებში, კანის ეპითელიუმის ბაზალურ შრეში და ძვლის ტვინში (ჰემატოპოეზის უჯრედები). უჯრედების განახლება შეიძლება საკმაოდ ინტენსიურად მოხდეს: მაგალითად, პანკრეასის შემაერთებელი ქსოვილის უჯრედები იცვლება ყოველ 24 საათში ერთხელ, კუჭის ლორწოვანი გარსის უჯრედები – ყოველ სამ დღეში, ლეიკოციტები – ყოველ 10 დღეში, კანის უჯრედები – ყოველ ექვს კვირაში, დაახლოებით 70 გ პროლიფერაცია. წვრილი ნაწლავის უჯრედები ორგანიზმიდან ყოველდღიურად ამოღებულია.

ღეროვან უჯრედებს, რომლებიც თითქმის ყველა ორგანოსა და ქსოვილშია, შეუძლიათ შეუზღუდავად გაყოფა. ქსოვილის რეგენერაცია ხდება ღეროვანი უჯრედების გამრავლების გამო, რომლებსაც შეუძლიათ არა მხოლოდ დაყოფა, არამედ დიფერენცირება ქსოვილის უჯრედებად, რომელთა რეგენერაციაც ხდება. ღეროვანი უჯრედები გვხვდება მიოკარდიუმში, ტვინში (ჰიპოკამპში და ყნოსვის ბოლქვებში) და სხვა ქსოვილებში. ეს დიდ გვპირდება ნეიროდეგენერაციული დაავადებების და მიოკარდიუმის ინფარქტის სამკურნალოდ.

ქსოვილების მუდმივი განახლება ხელს უწყობს სიცოცხლის ხანგრძლივობის გაზრდას. როდესაც უჯრედები იყოფა, ხდება ქსოვილის გაახალგაზრდავება: ახალი უჯრედები მოდიან დაზიანებულების ნაცვლად, ხოლო აღდგენა (დნმ-ის დაზიანების აღმოფხვრა) უფრო ინტენსიურად ხდება და რეგენერაცია შესაძლებელია ქსოვილის დაზიანების შემთხვევაში. გასაკვირი არ არის, რომ ხერხემლიანებს აქვთ მნიშვნელოვნად გრძელი სიცოცხლის ხანგრძლივობა, ვიდრე უხერხემლოები - იგივე მწერები, რომელთა უჯრედები არ იყოფა როგორც ზრდასრული.

მაგრამ ამავე დროს, განახლებული ქსოვილები ექვემდებარება ჰიპერპროლიფერაციას, რაც იწვევს სიმსივნეების წარმოქმნას, მათ შორის ავთვისებიანი. ეს ხდება უჯრედების გაყოფის დისრეგულაციისა და მუტაგენეზის გაზრდის გამო აქტიურად გამყოფ უჯრედებში. თანამედროვე კონცეფციების მიხედვით, უჯრედმა ავთვისებიანობის თვისება რომ შეიძინოს, მას 4-6 მუტაცია სჭირდება. მუტაციები იშვიათად ხდება და უჯრედი რომ სიმსივნური გახდეს - ეს გამოითვლება ადამიანის ფიბრობლასტებისთვის - დაახლოებით 100 გაყოფა უნდა მოხდეს (დაყოფის ეს რაოდენობა ჩვეულებრივ ხდება დაახლოებით 40 წლის ასაკში).

თუმცა უნდა გვახსოვდეს, რომ მუტაციები სხვადასხვა მუტაციაა და უახლესი გენომიური კვლევის მიხედვით, ყოველ თაობაში ადამიანი იძენს დაახლოებით 60 ახალ მუტაციას (რომლებიც არ იყო მისი მშობლების დნმ-ში). ცხადია, მათი უმრავლესობა საკმაოდ ნეიტრალურია (იხ. „გავიდა ათასზე მეტი: ადამიანის გენომიკის მესამე ეტაპი“). - რედ.

თავისგან თავის დასაცავად სხეულში ჩამოყალიბდა სპეციალური უჯრედული მექანიზმები სიმსივნის ჩახშობა. ერთ-ერთი მათგანია უჯრედების რეპლიკაციური დაბერება ( სიბერე), რომელიც შედგება უჯრედის გაყოფის შეუქცევად გაჩერებაში უჯრედული ციკლის G1 სტადიაზე. დაბერებასთან ერთად უჯრედი წყვეტს გაყოფას: ის არ რეაგირებს ზრდის ფაქტორებზე და ხდება რეზისტენტული აპოპტოზის მიმართ.

Hayflick ლიმიტი

უჯრედების დაბერების ფენომენი პირველად 1961 წელს აღმოაჩინეს ლეონარდ ჰეიფლიკისა და კოლეგების მიერ ფიბრობლასტური კულტურის გამოყენებით. აღმოჩნდა, რომ უჯრედები ადამიანის ფიბრობლასტების კულტურაში, კარგ პირობებში, ცხოვრობენ შეზღუდული დროით და შეუძლიათ გაორმაგდნენ დაახლოებით 50 ± 10-ჯერ - და ამ რიცხვს ჰაიფლიკის ზღვარი ეწოდა. ჰეიფლიკის აღმოჩენამდე გაბატონებული შეხედულება იყო, რომ უჯრედები უკვდავია, ხოლო დაბერება და სიკვდილი მთლიანად ორგანიზმის საკუთრებაა.

ეს კონცეფცია უტყუარად ითვლებოდა ძირითადად კარელის ექსპერიმენტების გამო, რომელიც ინარჩუნებდა ქათმის გულის უჯრედების კულტურას 34 წლის განმავლობაში (ის მხოლოდ მისი სიკვდილის შემდეგ გაუქმდა). თუმცა, როგორც მოგვიანებით გაირკვა, კარელის კულტურის უკვდავება იყო არტეფაქტი, რადგან ნაყოფის შრატთან ერთად, რომელსაც ემატებოდა კულტივირების საშუალება უჯრედების ზრდისთვის, თავად ემბრიონის უჯრედები მოხვდნენ იქ (და, სავარაუდოდ, კარელის კულტურა იყო აღარ არის ის, რაც თავიდან იყო).

კიბოს უჯრედები მართლაც უკვდავია. ამრიგად, ჰელას უჯრედები, რომლებიც იზოლირებულია 1951 წელს ჰენრიეტა ლაქსის საშვილოსნოს ყელის სიმსივნედან, კვლავ გამოიყენება ციტოლოგების მიერ (კერძოდ, პოლიომიელიტის საწინააღმდეგო ვაქცინა შეიქმნა HeLa უჯრედების გამოყენებით). ეს უჯრედები კოსმოსშიც კი ყოფილან.

ჰენრიეტა ლაქსის უკვდავების მომხიბლავი ისტორიისთვის იხილეთ სტატია „ჰენრიეტა ლაქსის უკვდავი უჯრედები“, ასევე „ჰელას უჯრედების მემკვიდრეები“. - რედ.

როგორც გაირკვა, ჰეიფლიკის ლიმიტი დამოკიდებულია ასაკზე: რაც უფრო ასაკოვანია ადამიანი, მით ნაკლებია მისი უჯრედების გაორმაგება კულტურაში. საინტერესოა, რომ გაყინული უჯრედები გალღობისას და შემდგომ კულტივირებისას, როგორც ჩანს, ახსოვს გაყოფის რაოდენობა გაყინვამდე. სინამდვილეში, უჯრედის შიგნით არის "გაყოფის მრიცხველი" და გარკვეული ზღვრის მიღწევის შემდეგ (ჰაიფლიკის ლიმიტი), უჯრედი წყვეტს დაყოფას და ხდება დაბერებული. დაბერებულ (ძველ) უჯრედებს აქვთ სპეციფიკური მორფოლოგია - ისინი დიდია, გაბრტყელებული, დიდი ბირთვებით, ძლიერ ვაკუოლირებული და მათი გენის გამოხატვის პროფილი იცვლება. უმეტეს შემთხვევაში ისინი მდგრადია აპოპტოზის მიმართ.

თუმცა, სხეულის დაბერება არ შეიძლება შემცირდეს მხოლოდ უჯრედების დაბერებამდე. ეს ბევრად უფრო რთული პროცესია. ახალგაზრდა სხეულში არის ძველი უჯრედები, მაგრამ ცოტაა! როდესაც ასაკთან ერთად დაბერებული უჯრედები გროვდება ქსოვილებში, იწყება დეგენერაციული პროცესები, რაც იწვევს ასაკთან დაკავშირებულ დაავადებებს. ამ დაავადებების ერთ-ერთი ფაქტორია ე.წ "სტერილური" ანთება, რომელიც დაკავშირებულია დაბერებული უჯრედების მიერ პროანთებითი ციტოკინების ექსპრესიასთან.

ბიოლოგიური დაბერების კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ფაქტორია ქრომოსომების სტრუქტურა და მათი წვერები – ტელომერები.

დაბერების ტელომერის თეორია

სურათი 1. ტელომერები არის ქრომოსომების ბოლოები.ვინაიდან ადამიანს აქვს 23 წყვილი ქრომოსომა (ანუ 46 ცალი), არის 92 ტელომერი.

1971 წელს ჩვენმა თანამემამულემ ალექსეი მატვეევიჩ ოლოვნიკოვმა გამოთქვა მოსაზრება, რომ ჰეიფლიკის ზღვარი ასოცირდება ხაზოვანი ქრომოსომების ტერმინალური მონაკვეთების „არარეპლიკაციასთან“ (მათ აქვთ სპეციალური სახელი - ტელომერები). ფაქტია, რომ უჯრედების გაყოფის თითოეულ ციკლში ტელომერები მცირდება დნმ პოლიმერაზას უუნარობის გამო, დნმ-ის ასლის სინთეზირება თავიდანვე. გარდა ამისა, ოლოვნიკოვმა იწინასწარმეტყველა არსებობა ტელომერაზა(ფერმენტი, რომელიც ამატებს დნმ-ის განმეორებით თანმიმდევრობებს ქრომოსომების ბოლოებს), ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ წინააღმდეგ შემთხვევაში აქტიურად გაყოფილ უჯრედებში დნმ სწრაფად „შეჭამს“ და გენეტიკური მასალა დაიკარგება. (პრობლემა ის არის, რომ ტელომერაზას აქტივობა ქრება დიფერენცირებულ უჯრედებში.)

ტელომერები (სურ. 1) მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ: ისინი ასტაბილურებენ ქრომოსომების ბოლოებს, რომლებიც სხვაგვარად, როგორც ციტოგენეტიკოსები ამბობენ, გახდებიან "წებოვანი", ე.ი. მგრძნობიარეა სხვადასხვა ქრომოსომული აბერაციების მიმართ, რაც იწვევს გენეტიკური მასალის დეგრადაციას. ტელომერები შედგება განმეორებითი (1000-2000-ჯერ) თანმიმდევრობისგან (5'-TTAGGG-3'), რომლებიც სულ 10-15 ათასი ნუკლეოტიდის წყვილს იძლევა თითოეულ ქრომოსომულ წვერზე. 3' ბოლოზე ტელომერებს აქვთ საკმაოდ გრძელი ერთჯაჭვიანი დნმ რეგიონი (150-200 ნუკლეოტიდი), რომელიც მონაწილეობს ლასო ტიპის მარყუჟის ფორმირებაში (ნახ. 2). რამდენიმე ცილა ასოცირდება ტელომერებთან, რომლებიც ქმნიან დამცავ „ქუდს“ - ამ კომპლექსს ე.წ თავშესაფარი(ნახ. 3). Shelterin იცავს ტელომერებს ნუკლეაზების მოქმედებისგან და ადჰეზიისგან და, როგორც ჩანს, სწორედ ის ინარჩუნებს ქრომოსომის მთლიანობას.

სურათი 2. ტელომერის შემადგენლობა და სტრუქტურა.უჯრედების განმეორებითი გაყოფა ტელომერაზას აქტივობის არარსებობის შემთხვევაში იწვევს ტელომერების შემცირებას და რეპლიკაციური სიბერე.

სურათი 3. ტელომერული კომპლექსის სტრუქტურა ( თავშესაფარი). ტელომერები გვხვდება ქრომოსომების ბოლოებში და შედგება ტანდემი TTAGGG გამეორებებისგან, რომლებიც მთავრდება 32-მერიანი ერთჯაჭვიანი გადახურვით. ასოცირდება ტელომერულ დნმ-თან თავშესაფარი- ექვსი ცილის კომპლექსი: TRF1, TRF2, RAP1, TIN2, TPP1 და POT1.

ქრომოსომების დაუცველი ბოლოები უჯრედის მიერ აღიქმება, როგორც გენეტიკური მასალის დაზიანება, რაც ააქტიურებს დნმ-ის აღდგენას. ტელომერული კომპლექსი, თავშესაფართან ერთად, „ასტაბილურებს“ ქრომოსომის წვეროებს, იცავს მთელ ქრომოსომას განადგურებისგან. დაბერებულ უჯრედებში ტელომერების კრიტიკული შემცირება არღვევს ამ დამცავ ფუნქციას და, შესაბამისად, იწყება ქრომოსომული აბერაციების ფორმირება, რაც ხშირად იწვევს ავთვისებიანობას. ამის თავიდან ასაცილებლად სპეციალური მოლეკულური მექანიზმები ბლოკავს უჯრედის გაყოფას და უჯრედი გადადის მდგომარეობაში სიბერე- უჯრედული ციკლის შეუქცევადი გაჩერება. ამ შემთხვევაში, უჯრედი გარანტირებულია, რომ ვერ გამრავლდება, რაც იმას ნიშნავს, რომ ვერ შეძლებს სიმსივნის წარმოქმნას. დაბერების უნარის დაქვეითებულ უჯრედებში (რომლებიც მრავლდებიან ტელომერების დისფუნქციის მიუხედავად) ყალიბდება ქრომოსომული აბერაციები.

ტელომერების სიგრძე და მათი შემცირების სიჩქარე დამოკიდებულია ასაკზე. ადამიანებში ტელომერების სიგრძე მერყეობს 15 ათასი ნუკლეოტიდური წყვილიდან (კბ) დაბადებისას 5 კბ-მდე. ქრონიკული დაავადებებისათვის. ტელომერის სიგრძე მაქსიმალურია 18 თვის ასაკში და შემდეგ სწრაფად მცირდება 12 კბ-მდე. ხუთი წლის ასაკში. ამის შემდეგ შემცირების სიჩქარე მცირდება.

ტელომერები სხვადასხვა ადამიანში მცირდება სხვადასხვა სიჩქარით. ასე რომ, ამ სიჩქარეზე დიდ გავლენას ახდენს სტრესი. ე. ბლექბერნმა (ნობელის პრემიის ლაურეატი ფიზიოლოგიასა და მედიცინაში 2009) აღმოაჩინა, რომ ქალებს, რომლებიც მუდმივად იმყოფებიან სტრესის ქვეშ (მაგალითად, ქრონიკულად დაავადებული ბავშვების დედებს) აქვთ მნიშვნელოვნად მოკლე ტელომერები თანატოლებთან შედარებით (დაახლოებით ათი წლით!). E. Blackburn-ის ლაბორატორიამ შეიმუშავა კომერციული ტესტი ტელომერების სიგრძის მიხედვით ადამიანების „ბიოლოგიური ასაკის“ დასადგენად.

საინტერესოა, რომ თაგვებს აქვთ ძალიან გრძელი ტელომერები (50-40 კბ, ადამიანებში 10-15 კბ). ლაბორატორიული თაგვების ზოგიერთ შტამში ტელომერის სიგრძე 150 კბ-ს აღწევს. უფრო მეტიც, თაგვებში ტელომერაზა ყოველთვის აქტიურია, რაც ხელს უშლის ტელომერების დამოკლებას. თუმცა, როგორც ყველამ იცის, ეს არ ხდის თაგვებს უკვდავს. არა მხოლოდ ეს, არამედ მათ უვითარდებათ სიმსივნეები ბევრად უფრო მაღალი სიჩქარით, ვიდრე ადამიანებში, რაც ვარაუდობს, რომ ტელომერების შემცირება, როგორც სიმსივნის დაცვის მექანიზმი, არ მუშაობს თაგვებზე.

სხვადასხვა ძუძუმწოვრებში ტელომერების სიგრძისა და ტელომერაზას აქტივობის შედარებისას აღმოჩნდა, რომ სახეობებს, რომლებსაც ახასიათებთ უჯრედების რეპლიკაციური დაბერება, აქვთ უფრო გრძელი სიცოცხლის ხანგრძლივობა და უფრო დიდი წონა. ესენი არიან, მაგალითად, ვეშაპები, რომელთა სიცოცხლის ხანგრძლივობამ შეიძლება 200 წლამდე მიაღწიოს. ასეთი ორგანიზმებისთვის რეპლიკაციური დაბერება უბრალოდ აუცილებელია, რადგან ძალიან ბევრი დაყოფა წარმოშობს ბევრ მუტაციას, რომელთა წინააღმდეგ ბრძოლა უნდა მოხდეს. სავარაუდოდ, რეპლიკაციური დაბერება არის ისეთი საბრძოლო მექანიზმი, რომელსაც თან ახლავს ტელომერაზას რეპრესიაც.

დიფერენცირებული უჯრედების დაბერება განსხვავებულად ხდება. ნეირონებიც და კარდიომიოციტებიც ბერდება, მაგრამ არ იყოფა! მაგალითად, მათში გროვდება ლიპოფუსცინი, ხანდაზმული პიგმენტი, რომელიც არღვევს უჯრედების მუშაობას და იწვევს აპოპტოზს. ცხიმი გროვდება ღვიძლისა და ელენთის უჯრედებში ასაკის მატებასთან ერთად.

რეპლიკაციური უჯრედების დაბერებასა და ორგანიზმის დაბერებას შორის, მკაცრად რომ ვთქვათ, კავშირი არ არის დადასტურებული, მაგრამ ასაკთან დაკავშირებულ პათოლოგიას თან ახლავს უჯრედების დაბერებაც (სურ. 4). ხანდაზმულთა ავთვისებიანი ნეოპლაზმები ძირითადად დაკავშირებულია განახლებულ ქსოვილებთან. განვითარებულ ქვეყნებში კიბო ავადობისა და სიკვდილიანობის ერთ-ერთი მთავარი მიზეზია, კიბოს დამოუკიდებელი რისკფაქტორი კი უბრალოდ... ასაკია. სიმსივნური დაავადებებით დაღუპულთა რიცხვი ასაკთან ერთად ექსპონენტურად იზრდება, ისევე როგორც საერთო სიკვდილიანობა. ეს გვეუბნება, რომ არსებობს ფუნდამენტური კავშირი დაბერებასა და კანცეროგენეზს შორის.

სურათი 4. WI-38 ხაზის ადამიანის ფიბრობლასტები ჰისტოქიმიურად შეღებილი β-გალაქტოზიდაზას აქტივობის არსებობისთვის. ა - ახალგაზრდა; ბ - ძველი (დაბერებული).

ტელომერაზა არის ფერმენტი, რომელიც პროგნოზირებულია

სხეულში უნდა არსებობდეს მექანიზმი, რომელიც აკომპენსირებს ტელომერების შემცირებას, ეს ვარაუდი გააკეთა A.M. ოლოვნიკოვი. მართლაც, 1984 წელს ასეთი ფერმენტი აღმოაჩინა კეროლ გრეიდერმა და დაასახელა ტელომერაზა. ტელომერაზა (ნახ. 5) არის საპირისპირო ტრანსკრიპტაზა, რომელიც ზრდის ტელომერების სიგრძეს, ანაზღაურებს მათ ნაკლებ რეპლიკაციას. 2009 წელს ე. ბლექბერნს, კ. გრადერს და დ. შოსტაკს მიენიჭათ ნობელის პრემია ამ ფერმენტის აღმოჩენისთვის და ტელომერების და ტელომერაზას შესწავლის შესახებ ნაშრომების სერიისთვის (იხ. "უბერებელი" ნობელის პრემია: 2009 წელი ტელომერებზე და ტელომერაზაზე მუშაობას ემსახურება").

სურათი 5. ტელომერაზაშეიცავს კატალიზურ კომპონენტს (TERT საპირისპირო ტრანსკრიპტაზა), ტელომერაზას რნმ (hTR ან TERC), რომელიც შეიცავს ტელომერული განმეორების ორ ასლს და წარმოადგენს ტელომერების სინთეზის შაბლონს და ცილოვან დისკერინს.

ე.ბლექბერნის თქმით, ტელომერაზა ჩართულია დაახლოებით 70 გენის აქტივობის რეგულირებაში. ტელომერაზა აქტიურია ჩანასახოვან და ემბრიონულ ქსოვილებში, ღეროვან და გამრავლებულ უჯრედებში. ის გვხვდება კიბოს სიმსივნეების 90%-ში, რაც უზრუნველყოფს კიბოს უჯრედების უკონტროლო გამრავლებას. ამჟამად, იმ წამლებს შორის, რომლებიც გამოიყენება კიბოს სამკურნალოდ, არის ტელომერაზას ინჰიბიტორი. მაგრამ ზრდასრული ორგანიზმის სომატურ უჯრედებში ტელომერაზა არ არის აქტიური.

უჯრედი შეიძლება დაბერებულ მდგომარეობაში მოიყვანოს მრავალი სტიმულით - ტელომერების დისფუნქციით, დნმ-ის დაზიანებით, რაც შეიძლება გამოწვეული იყოს მუტაგენური გარემოზე ზემოქმედებით, ენდოგენური პროცესებით, ძლიერი მიტოგენური სიგნალებით (ონკოგენების Ras, Raf, Mek, Mos, E2F-1 გადაჭარბებული გამოხატვა. და ა.შ.), ქრომატინის დარღვევები, სტრესი და ა.შ. ფაქტობრივად, უჯრედები წყვეტენ გაყოფას - ხდება დაბერებული - პოტენციურად კიბოს გამომწვევი მოვლენების საპასუხოდ.

გენომის მცველი

ტელომერების დისფუნქცია, რომელიც ხდება მათი შემცირების ან შელტერინის მოშლის დროს, ააქტიურებს p53 პროტეინს. ტრანსკრიფციის ეს ფაქტორი უჯრედს აქცევს დაბერების მდგომარეობაში ან იწვევს აპოპტოზს. p53-ის არარსებობისას ვითარდება ქრომოსომის არასტაბილურობა, რაც დამახასიათებელია ადამიანის კარცინომასთვის. P53 პროტეინის მუტაციები გვხვდება სარძევე ჯირკვლის ადენოკარცინომების 50%-ში და კოლორექტალური ადენოკარცინომაების 40-60%-ში. ამიტომ, p53-ს ხშირად უწოდებენ "გენომის მცველს".

ტელომერაზა ხელახლა აქტიურდება ეპითელური წარმოშობის სიმსივნეების უმეტესობაში, რომლებიც გვხვდება ხანდაზმულებში. მიჩნეულია, რომ ტელომერაზას რეაქტივაცია მნიშვნელოვანი ნაბიჯია ავთვისებიანი პროცესებში, რადგან ის კიბოს უჯრედებს საშუალებას აძლევს „დაარღვიონ“ ჰეიფლიკის ლიმიტი. ტელომერის დისფუნქცია ხელს უწყობს ქრომოსომების შერწყმას და აბერაციებს, რაც p53-ის არარსებობის შემთხვევაში ყველაზე ხშირად იწვევს ავთვისებიანობას.

უჯრედების დაბერების მოლეკულური მექანიზმების შესახებ

სურათი 6. უჯრედის ციკლის დიაგრამა.უჯრედის ციკლი იყოფა ოთხ ეტაპად: 1.G1(წინასინთეტიკური) - პერიოდი, როდესაც უჯრედი ემზადება დნმ-ის რეპლიკაციისთვის. ამ ეტაპზე უჯრედული ციკლის გაჩერება შეიძლება მოხდეს დნმ-ის დაზიანების გამოვლენის შემთხვევაში (რემონტის დროს). თუ შეცდომები გამოვლინდა დნმ-ის რეპლიკაციაში და მათი გამოსწორება შეუძლებელია, უჯრედი არ შედის S სტადიაში. 2.S(სინთეზური) - როდესაც ხდება დნმ-ის რეპლიკაცია. 3. G2(პოსტინთეტური) - უჯრედის მომზადება მიტოზისთვის, როდესაც მოწმდება დნმ-ის რეპლიკაციის სიზუსტე; თუ არასაკმარისად გამრავლებული ფრაგმენტები ან სინთეზის სხვა დარღვევები გამოვლინდა, შემდეგ ეტაპზე (მიტოზი) გადასვლა არ ხდება. 4. მ(მიტოზი) - უჯრედის ღეროს წარმოქმნა, სეგრეგაცია (ქრომოსომის განსხვავება) და ორი ქალიშვილი უჯრედის წარმოქმნა (თავად გაყოფა).

იმისათვის, რომ გავიგოთ უჯრედის დაბერების მდგომარეობაში გადასვლის მოლეკულური მექანიზმები, შეგახსენებთ, როგორ ხდება უჯრედის გაყოფა.

უჯრედების რეპროდუქციის პროცესს პროლიფერაცია ეწოდება. უჯრედის არსებობის დროს გაყოფიდან გაყოფამდე ეწოდება უჯრედის ციკლი. პროლიფერაციის პროცესს არეგულირებს როგორც თავად უჯრედი - აუტოკრინული ზრდის ფაქტორები - ასევე მისი მიკროგარემო - პარაკრინული სიგნალები.

პროლიფერაციის გააქტიურება ხდება უჯრედის მემბრანის მეშვეობით, რომელიც შეიცავს რეცეპტორებს, რომლებიც აღიქვამენ მიტოგენურ სიგნალებს - ეს ძირითადად ზრდის ფაქტორები და უჯრედშორისი კონტაქტის სიგნალებია. ზრდის ფაქტორები, როგორც წესი, პეპტიდური ხასიათისაა (მათგან დაახლოებით 100 ცნობილია დღემდე). ეს არის, მაგალითად, თრომბოციტების ზრდის ფაქტორი, რომელიც მონაწილეობს თრომბის წარმოქმნასა და ჭრილობების შეხორცებაში, ეპითელური ზრდის ფაქტორი, სხვადასხვა ციტოკინები - ინტერლეუკინი, სიმსივნის ნეკროზის ფაქტორი, კოლონიის მასტიმულირებელი ფაქტორები და ა.შ. პროლიფერაციის გააქტიურების შემდეგ უჯრედი გამოდის G0 მოსვენების ფაზაში და იწყება უჯრედის ციკლი (სურ. 6).

უჯრედული ციკლი რეგულირდება ციკლინდამოკიდებული კინაზებით, განსხვავებული უჯრედული ციკლის თითოეული ეტაპისთვის. ისინი გააქტიურებულია ციკლინებით და ინაქტივირებულია რიგი ინჰიბიტორებით. ასეთი რთული რეგულირების მიზანია უზრუნველყოს დნმ-ის სინთეზი რაც შეიძლება ნაკლები შეცდომით, რათა ქალიშვილ უჯრედებს ჰქონდეს აბსოლუტურად იდენტური მემკვიდრეობითი მასალა. დნმ-ის კოპირების სისწორის შემოწმება ხორციელდება ციკლის ოთხ „გამშვებ პუნქტში“: თუ შეცდომები გამოვლინდა, უჯრედის ციკლი ჩერდება და დნმ-ის შეკეთება გააქტიურებულია. თუ დნმ-ის სტრუქტურის დაზიანება შეიძლება გამოსწორდეს, უჯრედის ციკლი გრძელდება. თუ არა, უმჯობესია უჯრედმა „მოიკლას თავი“ (აპოპტოზით), რათა თავიდან აიცილოს კიბოს გადაქცევის შესაძლებლობა.

უჯრედული ციკლის შეუქცევად გაჩერებამდე მიმავალი მოლეკულური მექანიზმები კონტროლდება სიმსივნის სუპრესორული გენებით, მათ შორის p53 და pRB, რომლებიც დაკავშირებულია ციკლინდამოკიდებულ კინაზას ინჰიბიტორებთან. უჯრედული ციკლის დათრგუნვა G1 ფაზაში ხორციელდება p53 პროტეინის მიერ, რომელიც მოქმედებს ციკლინდამოკიდებული კინაზა p21-ის ინჰიბიტორის მეშვეობით. ტრანსკრიფციის ფაქტორი p53 გააქტიურებულია დნმ-ის დაზიანებით და მისი ფუნქციაა გამრავლებული უჯრედების აუზიდან ამოღება, რომლებიც პოტენციურად ონკოგენურია (აქედან გამომდინარე, მეტსახელი p53 - „გენომის მცველი“). ამ იდეას მხარს უჭერს ის ფაქტი, რომ p53 მუტაციები გვხვდება ავთვისებიანი სიმსივნეების ~ 50%-ში. p53 აქტივობის კიდევ ერთი გამოვლინება დაკავშირებულია ყველაზე დაზიანებული უჯრედების აპოპტოზთან.

უჯრედების დაბერება და ასაკთან დაკავშირებული დაავადებები

სურათი 7. კავშირი უჯრედების დაბერებასა და სხეულის დაბერებას შორის.

დაბერებული უჯრედები ასაკთან ერთად გროვდება და ხელს უწყობს ასაკთან დაკავშირებულ დაავადებებს. ისინი ამცირებენ ქსოვილის პროლიფერაციულ პოტენციალს და ამცირებენ ღეროვანი უჯრედების აუზს, რაც იწვევს ქსოვილების დეგენერაციულ დარღვევებს და ამცირებს რეგენერაციისა და განახლების უნარს.

დაბერებულ უჯრედებს ახასიათებთ სპეციფიკური გენის გამოხატულება: ისინი გამოყოფენ ანთებით ციტოკინებს და მეტალოპროტეინაზებს, რომლებიც ანადგურებენ უჯრედშორის მატრიქსს. გამოდის, რომ ძველი უჯრედები უზრუნველყოფენ დუნე ხანდაზმულ ანთებას და კანში ძველი ფიბრობლასტების დაგროვება იწვევს ჭრილობების შეხორცების უნარის ასაკობრივ დაქვეითებას (ნახ. 7). ძველი უჯრედები ასევე ასტიმულირებენ ახლომდებარე კიბოსწინარე უჯრედების გამრავლებას და ავთვისებიანობას ეპითელური ზრდის ფაქტორის სეკრეციის გზით.

დაბერებული უჯრედები გროვდება ადამიანის ბევრ ქსოვილში და გვხვდება ათეროსკლეროზულ დაფებში, კანის წყლულებში, ართრიტულ სახსრებში და პროსტატისა და ღვიძლის კეთილთვისებიანი და პრენეოპლასტიური ჰიპერპროლიფერაციული დაზიანებების დროს. სიმსივნური სიმსივნეების დასხივებისას ზოგიერთი უჯრედი ასევე გადადის დაბერების მდგომარეობაში, რითაც უზრუნველყოფს დაავადების რეციდივას.

ამრიგად, უჯრედული დაბერება გვიჩვენებს ნეგატიური პლეიოტროპიის ეფექტს, რომლის არსი იმაში მდგომარეობს, რომ ის, რაც კარგია ახალგაზრდა ორგანიზმისთვის, შეიძლება ცუდი გახდეს მოხუცისთვის. ყველაზე ნათელი მაგალითია ანთებითი პროცესები. გამოხატული ანთებითი რეაქცია ხელს უწყობს ახალგაზრდა ორგანიზმის სწრაფ აღდგენას ინფექციური დაავადებებისგან. სიბერეში აქტიური ანთებითი პროცესები იწვევს ასაკთან დაკავშირებულ დაავადებებს. ახლა საყოველთაოდ მიღებულია, რომ ანთება გადამწყვეტ როლს თამაშობს ასაკთან დაკავშირებულ თითქმის ყველა დაავადებაში, დაწყებული ნეიროდეგენერაციული დაავადების დროს.