Причина старения клеток. Почему стареет человек и умирает Старение клеток признаки старения клеток

Клеточное старение - явление, которое обычно связывают с потерей способности клетки к делению (предел Хейфлика). Этот процесс также называется репликативным старением. В русскоязычной литературе под термином клеточное старение ещё понимают снижение функциональной активности клеток по мере увеличения их возраста.

Стареющие клетки могут долгое время оставаться жизнеспособными. Нередко после остановки деления и торможения клеточного цикла у них не наступает программируемой клеточной гибели . Обычно они уничтожаются клетками иммунной системы . С возрастом в организме происходит накопление старых клеток, вероятно, вследствие ухудшения выполнения иммунной системой своих функций.

Стареющие клетки могут оказывать влияние как на соседние клетки, так и на весь организм, выделяя определённые сигнальные молекулы. Влияние это разнообразно, изучено недостаточно и, в общем, скорее отрицательно . Похоже, что клеточное старение является одним из механизмов старения организма.

Механизм клеточного старения

Укорочение теломер

Следует отметить, что у клеток больных синдромом Хатчинсона - Гилфорда (детская прогерия) предел Хейфлика значительно снижен. Схожая картина наблюдается у больных синдромом Вернера (прогерия взрослых). В этом случае больные нормально доживают до 17-18 лет, но начинают стремительно стареть, перейдя этот рубеж. Теломеры у таких больных нормальной длины, но из-за мутаций их ДНК более чувствительна к разрушению, чем ДНК здорового человека.

Согласно ещё одной модели, у молодых клеток пока ещё длинные теломеры находятся в области гетерохроматина . По мере укорочения теломер область гетерохроматина включает в себя всё больше субтеломерной ДНК, где, возможно, находится некий ген-супрессор, подавляющий программу клеточного старения. Инактивация этого гена путём включения его в область гетерохроматина и приводит к запуску процесса старения .

Роль фосфоинозитид-3-киназы

Ингибирование PI3K в культуре человеческих фибробластов приводит к торможению их пролиферации. Клетки демонстрируют признаки, характерные для стареющих клеток: активацию бета-галактозидазы , повышение экспрессии гена коллагеназы и подавление экспрессии специфического маркера пролиферирующих фибробластов, гена EPC-1 (англ. early population doubling level cDNA 1 ) .

Признаки клеточного старения

Изменение ответа на факторы роста

По мере старения клеток уменьшается их способность реагировать на определённые внешние стимулы. Эффект действия факторов роста , гормонов и других стимулирующих агентов на старые клетки гораздо ниже, чем на молодые, способные к активному делению. Токсины , антибиотики , радиация и тепловой шок, напротив, оказывают на них более сильное воздействие.

Известно, что культура клеток пациентов, страдающих синдромом преждевременного старения, таким как прогерия и синдром Вернера, дает значительно более низкий ответ на стимуляцию инсулином , сывороткой и другими факторами, чем клетки здоровых людей .

Рецепторная система клеток существенно не меняются при старении. Таким образом, снижение клеточного ответа на фактор роста не связано с уменьшением количества их рецепторов.

Остановка клеточного цикла

При старении клеток наблюдается необратимая блокировка клеточного цикла. Точный механизм, мешающий клетке перейти в S-фазу, пока неизвестен. Однако отмечается, что при пролиферативном старении клеток отсутствует экспрессия некоторых генов, обеспечивающих протекание клеточного цикла. В стареющих клетках подавлена экспрессия циклинов , Cdk2 , инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1) , а также некоторых других факторов. При этом никакие экзогенные факторы, в том числе IGF-1, не могут вывести «старую» клетку из состояния неспособности к делению.

Существует мнение, что апоптоз и переход клеток в стадию покоя являются альтернативной защитной реакцией на действие повреждающих агентов и необходимы для профилактики онкогенной трансформации клеток . Если повреждённая клетка по той или иной причине не переходит к апоптозу или клеточному старению, она может стать злокачественной .

Клеточное старение и рак

Болезни, связанные со старостью разделяются на две большие категории. Первую группу составляют болезни, связанные с утратой функции, в основном, это дегенеративные заболевания (например, болезнь Альцгеймера , болезнь Паркинсона , саркопения , макулодистрофия и т. д.). Вторая группа состоит из болезней, связанных с усилением функции (аденома простаты ,атеросклероз и другие). Наиболее известной и смертоносной из них является рак . Фактором риска для образования злокачественной опухоли являются влияние генетических факторов и окружающей среды, но наиболее значимый из них это фактор зрелого возраста . Вероятность опухолеобразования после 50 лет возрастает почти экспоненциально . Во-первых, это вызвано тем, что с возрастом накапливаются мутации , способствующие онкогенезу. Доказательством этого служит, например, что у людей с мутациями в генах, вызывающими рак , образование опухоли происходит в раннем возрасте. Также генетическая нестабильность (дестабилизация хромосом, обмен сестринских хроматид, анеуплоидия , мутации и амплификации генов , клональная гетерогенность, неопластическая трансформация) может влиять на онкогенез . Во-вторых, накопление стареющих клеток образует среду благоприятную для опухолеобразования. Нормальное тканевое микроокружение может подавить способность мутировавших раковых клеток к размножению и выживанию, поэтому опухолевые клетки часто должны уметь модифицировать окружающую тканевую среду. Однако тканевое микроокружение само может обладать проканцерогенным состоянием независимо от присутствия раковых клеток. Возникновению такого состояния может способствовать возраст . Механизм с помощью которого возраст вызывает состояние, благоприятствующее онкогенезу, является мультифакторным и, до конца, неизученным. Одним из таких факторов является клеточное старение. Например, повреждение или стресс, подвергающий пролиферирующую клетку риску злокачественной трансформации, вызывает клеточное старение, защищая клетки от рака . Это связано с работой p53 и p16INK4a/pRB, являющегося наиболее значимым противоопухолевым механизмом. Следовательно, для онкогенеза необходима генетическая (мутагенная) или эпигенетическая инактивация этого эффективного механизма .

Опухоль может образоваться как из клеток, которые экспрессируют теломеразы (например, стволовые клетки), так и из клеток, которые этого не делают. В клетках, в которых теломеразы отсутствуют, укорочение теломер может вызвать репликативное старение, которое предназначено предотвращать развитие рака . И, наоборот, короткие теломеры могут привести к увеличению генетической нестабильности и, соответственно, к образованию опухоли. А в клетках экспрессирующих теломеразы , её выключение может вызвать генетическую нестабильность .

Однако клеточное старение может вызвать и развитие рака . Сначала эта идея кажется парадоксальной, но эволюционная теория антагонистической плейотропии предусматривает, что биологический процесс может быть как полезным, так и вредным, в зависимости от возраста . Большинство животных развивается в условиях, изобилующих смертельной внешней опасностью (хищники , инфекции , голод и т. д.). В этих условиях пожилая особь представляет собой редкость и поэтому отбор против процессов, которые на поздних этапах жизни способствуют возникновению болезни, является слабым. То есть, они избегают влияния процесса естественного отбора . Таким образом, биологический процесс, который был нужен для развития выносливости у молодого организма (например, подавление опухолеообразования) может нести вред для зрелого организма, (вызывая болезни позднего возраста, включая рак) .

См. также

Литература

Примечания

1. Fernandes P. B. , Panos C. Wall-less microbial isolate from a human renal biopsy. (англ.) // Journal of clinical microbiology. - 1977. - Vol. 5, no. 1 . - P. 106-107. - PMID 833264 . [исправить]
2. Campisi J. , d"Adda di Fagagna F. Cellular senescence: when bad things happen to good cells. (англ.) // Nature reviews. Molecular cell biology. - 2007. - Vol. 8, no. 9 . - P. 729-740. - DOI :10.1038/nrm2233 . - PMID 17667954 . [исправить]
3. Harley C. B. , Futcher A. B. , Greider C. W. Telomeres shorten during ageing of human fibroblasts. (англ.) // Nature. - 1990. - Vol. 345, no. 6274 . - P. 458-460. - DOI :10.1038/345458a0 . - PMID 2342578 . [исправить]
4. Harley C. B. , Vaziri H. , Counter C. M. , Allsopp R. C. The telomere hypothesis of cellular aging. (англ.) // Experimental gerontology. - 1992. - Vol. 27, no. 4 . - P. 375-382. - PMID 1459213 . [исправить]
5. Kim N. W. , Piatyszek M. A. , Prowse K. R. , Harley C. B. , West M. D. , Ho P. L. , Coviello G. M. , Wright W. E. , Weinrich S. L. , Shay J. W. Specific association of human telomerase activity with immortal cells and cancer. (англ.) // Science (New York, N.Y.). - 1994. - Vol. 266, no. 5193 . - P. 2011-2015. - PMID 7605428 . [исправить]
6. Morris J. Z. , Tissenbaum H. A. , Ruvkun G.

Каждый из нас мечтает продлить свою молодость, дожить здоровым до правнуков, а может даже до пра-правнуков. И, подобные мечты – реальны! Такой подарок преподнесла всему человечеству не просто женщина-ученый, а мама 7 детей!

Порой удивляешься, на что способны многодетные мамы? И откуда у них берется время не просто справиться по дому, а (парадокс!) на научные открытия! Элизабет Блэкберн, мамочка семерых детей, доктор философии, профессор психиатрии Калифорнийского университета в Сан-Франциско, молекулярный биолог, в 2009 году получила вместе со своими коллегами Нобелевскую премию за открытие, которое в будущем может обернуться для всего человечества бессмертием! А ведь это красота, молодость и долгожительство!

Удивительные ! Природная защита от старости и болезней

Благодаря множеству исследований, стало известно, что хромосомы имеют защиту за счет так называемых теломеров. Взгляд на них через микроскоп открывает перед нами следующую картину: ДНК человека в форме ниточки, на конце которой находится своеобразная крышечка или колпачок, который является защитным теломером. Когда делится клетка, вместе с ней дробятся и ее «защитники». С каждым таким делением, теломер теряет свою длину, что приводит к старению, сердечно-сосудистым заболеваниям, диабету, раку – уже доказанный научный факт.

Открытие же Элизабет Блэкберн показало, что с течением жизни теломеры могут не только уменьшаться, но даже расти и сохранятся, от чего продолжительность жизни и состояние человека колеблется в ту или иную сторону. И большую роль в этом деле играют разные факторы, например, питание, образ жизни. Интересен и тот факт, что клетки и ДНК большинства из нас запрограммированы на долгожительство без старости и болезни. Это означает, что никогда не поздно предпринять шаги, чтобы сохранить свои теломеры и замедлить процесс старения клеток.

Спасибо, Элизабет Блекбэрн за ее открытие и подсказки, как можно это сделать!

Тунец, лосось и другая жирная рыба в вашем рацион являются поставщиками , которые защищают теломеры от повреждений. А вот сахар и сладкие вкусняшки приводят к «скачку» глюкозы в крови и не лучшим образом отражаются на здоровье. Красное мясо в больших количествах тоже несет мощные негативные последствия, и представляет собой настоящие токсины.

Сведите к минимуму употребление продуктов, которые повреждают ДНК, нарушают кислотно-щелочной баланс организма. «Окислительный стресс» – корень большинства заболеваний, инфекций и воспалительных процессов.

Налегайте на щелочные продукты – зелень, листовые, бобовые, фрукты, овощи, злаки, ягоды.

Будьте всегда на позитиве!

Хотите долго жить и удивлять всех своей молодой внешность? Придется научиться жить с улыбкой на лице, несмотря на тот факт, что стресс является частью современного мира. Ученые предупреждают, что пессимизм, цинизм, враждебность «укорачивают» теломеры. Как только вы начинаете негативно мыслить, вырабатывается гормон стресса, разрушающий теломеры.

Психологи советуют попробовать следующую стратегию: нужно визуально представить стрессовую ситуацию в виде фильма, который вы смотрите. Вы просто в роли наблюдатели со стороны.

У многих людей принял хронический характер из-за работы, которая не нравится, пробок на дорогах, плохих новостей по телевизору и пр. А ведь все это можно исправить. Каким образом? Например, вместо политических дебатов смотреть кинокомедии, переехать из мегаполиса в маленький городок или деревушку – прощайте пробки и плохая экология! Не нравится работа? Почему бы не заняться любимым делом? И пусть зарплата меньше, зато жизнь длиннее! На самом деле, все, что нужно для качественной жизни человека составляет минимум, а все остальное «придумано» рекламными компаниями. Одно из таких откровений о маркетинговых секретах можно прочитать в книге «99 франков» Фредерика Бегбедера.

Также уйти от негатива и стресса помогают восточные практики: йога, медитация, пранаяма.

Будьте активны!

Физическая активность – это не только крепкие мышцы и здоровье, но инструмент сохранения теломеров в полном порядке. Сидячий образ, напротив, приводит к преждевременному старению, воспалениям, стрессу и болезням.

Не обязательно быть спортсменом. Достаточно три раза в неделю по 45 минут заниматься фитнесом или взять привычку гулять (кататься на велосипеде) на свежем воздухе. Ученые выяснили, что люди, которые занимаются одним видом спорта, имеют теломеры на три процента длиннее. У тех, кто предпочитает разнообразить свою физическую активность (занимается 3,4 и более занятиями спорта) теломеры сохраняют свою длину или увеличиваются на 20- 60%! Некоторые, например, практикуют йогу, бегают и танцуют, а вы?

Эффективный отдых

Отпуск – это не повод валяться на пляже. Правильнее, планировать такой отдых, который освежит вас и укрепит здоровье. Недавние исследования показали, что шесть дней медитации помогают людям даже восстановить поврежденные теломеры.

Сегодня все больше туристических компаний предлагают оздоровительные туры и ретриты. Почему бы не планировать свой отпуск, как прекрасную возможность практиковать новые

Ученым давно было интересно, как происходит старение на клеточном уровне. Современные методы исследований дали возможность понять, как происходит клеточное старение. А также понять, есть ли надежда, что когда-нибудь человечество сможет избежать болезней, старения и смерти. Как происходит клеточное старение?

Механизм старения клеток

Исследователи изучили механизм старения клеток. Этот вопрос всегда был темой особого внимания ученых, так как они хотели узнать, почему люди болеют, стареют и умирают, а также можно ли избежать старения. Проще сказать, можно ли вылечить старость и всегда оставаться молодым.

Во время проведения исследований ученые установили, что клеточное старение происходит по причине потери клетками способности делиться и восстанавливать ткани организма. Процесс старения в клетках вызывается за счет самоускоряющегося повреждения генома, которое способствует нарушению в ДНК, что приводит к выбросу веществ, которое активизирует новые нарушения в коде ДНК.

Механизм старения стал понятен благодаря построению математической модели живой клетки организма. Ученые из университета Ньюкасла (Британия) и университета Ульма (Германия) использовали для этого последние достижения в сфере лабораторных исследований, с помощью которых и был обнаружен процесс старения клеток. Старение клеток напрямую связано с нарушением способности клетки к делению, живые ткани при этом перестают регенерироваться и выполняют свои функции все менее эффективно. Помимо этого, клеточное старение способствует хаотичному размножению клеток, а это приводит к развитию онкологических заболеваний.

Молекулярный механизм старения клеток происходит из-за существования так называемой динамической петли обратной связи, которая запускает реакцию повреждения ДНК, через несколько дней это явление приводит клетку в состояние глубокой клеточной старости.

Спираль старения, которая запущена повреждением ДНК, приводит к расстройству функций клеточных митохондрий, перерабатывающих кислород и питательные вещества в молекулы аденозинтрифосфата, который и является источником энергии для большинства биохимических процессов организма. Поврежденные митохондрии образуют большое количество химически активных частиц (свободных радикалов), они также способствуют повреждению ДНК, которое снова провоцируют выброс свободных радикалов. Таким образом, этот процесс нарастает, вскоре клетка теряет способности делиться и стареет.

Можно ли остановить старение?

Изучив механизм старения клеток, ученые пришли к выводу, что полученные в исследовании результаты помогут создать лекарства, которые способны оказать воздействие на процесс старения, происходящий в клетках. А это дает надежду, что в будущем человечество избавится от многих заболеваний, которые связаны со старением организма. Можно ли остановить старение? Вероятно, все же – нет!

Старение клеток (cell senescence) является событием, которое происходит во всех нормальных клетках in vitro (доля таких клеток в организме невелика). Клетки, растущие в культуре, имеют ограниченную продолжительность жизни и не растут после определенного числа делений. Они прекращают делиться и в конце концов умирают. В соответствии с этим ожидаемая продолжительность жизни в установленной культуре клеток зависит от возраста донора. Клетки, приобретшие бессмертие, через кризисный период трансформации за счет воздействия химических веществ или вирусов, точно так же, как линии злокачественных клеток в целом, обладают способностью делиться неопределенно долго. Другая форма клеточной смерти, или программируемая клеточная смерть, происходит во многих физиологических ситуациях, например, при дифференцировке кератиноцитов.

Наука о старении клеток называется цитогеронтология. Продолжительность жизни нормальных диплоидных клеток в культуре ограничена, находится под генетическим контролем и ее можно модифицировать(гормонами, факторами роста и др.).

Большинство клеток млекопитающих при помещении в культуру претерпевают ограниченное число клеточных делений перед тем, как переходят в нечувствительное непролиферирующе состояние, называемое старением. Однако, несколько путей, которые активируются по одиночке или совместно могут помочь клеткам обойти старение по крайней мере на ограниченные периоды времени. Они включают теломеразный путь, требующийся для поддержания теломерных концов, и пути p53 и Rb, требующиеся для направления старения в ответ на повреждения ДНК, сокращение теломер и митогенные сигналы, и путь инсулиноподобного ростового фактора, который может регулировать продолжительность жизни и клеточную пролиферацию. Для борьбы с клеточным старением теломеразу необходимо реактивировать, а p53 и Rb подавлять. Эмбриональные бессмертны, потому что эти пути в них строго регулируются.

Таким образом, клетки, растущие в культуре, имеют ограниченную продолжительность жизни и не растут после определенного числа делений. Продолжительность жизни нормальных диплоидных клеток в культуре находится под генетическим контролем и ее можно модифицировать(гормонами, факторами роста и др.).

Стареющие клетки могут длительно сохранять жизнеспособность. Это показывает, что процесс старения четко отличается от любой формы смерти клеток, например апоптоза, и что эти состояния необходимо различать. Старение обнаружено у многих типов клеток человека и других млекопитающих. Эти данные (см. обзор Cristofalo, ea 1993) показывают, что старение является общим феноменом. Наблюдения, свидетельствующие, что фенотип старения доминирует над иммортализованным фенотипом (Bunn, ea 1980 , Muggleton-Harris, ea 1980 , Pereira-Smith, ea 1981 , Pereira-Smith, ea 1983), многими авторами интерпретировались в том смысле, что ограниченная продолжительность жизни нормальных клеток является генетически запрограммированным процессом и что иммортализованные клетки теряют функцию одного или более предполагаемых генов старения, которые активны в нормальных клетках.

Подробнее о репликативном старении клеток можно прочитать в

Старение клетки- старение организма?

Все клетки организма продуцируют специфические вещества- , с помощью которых передается сигнал, запускается пролиферация, дифференцировка, апоптоз и др. Особенное значение этому придает тот факт, что некоторые клетки- фибробласты-расположены по всему организму, окружают многие клетки. Вполне возможно, что возрастные изменения в синтезе и ответе этих клеток на различные цитокины приводят к старению других клеток организма. А так как эти клетки повсюду, то стареет весь организм. Об этом свидетельствует работа Jeyapalan JC и Sedivy JM из Department of Molecular Biology, Cell Biology and Biochemistry, Brown University . В августе этого года вышла их статья "Старение клеток и старение организма" .
Клеточное старение (senescence) впервые было обнаружено в культурах клеток и представляет собой необратимую остановку клеточного цикла,
запускаемую различными факторами. Существуют доказательства того, что старение- это некий экстренный механизм для защиты от образования опухоли-клетка стареет и не может делиться, а опухолевые клетки, как известно, характеризуются безконтрольным ростом и делением. Но также известно, что старение клеток может приводить к опухолевому процессу и вносит свой вклад в старение всего организма. Накопление стареющих клеток приводит к старению организма вцелом. Многие клетки модифицируют свое окружение, а окружение влияет на другие клетки. При старении этих клеток, в основном фибробластов, изменяется и окружение других клеток, что может приводить к их старению.

Возраст-зависимые мутации мтДНК и клеточное старение

Мутации митохондриальной ДНК (мтДНК)- одна из причин возраст-зависимого разрушения клеток, вызываемая в свою очередь действием (АФК). Но не для всех этих мутаций доказано значение для клеточного старения. Ученые из Университета Ньюкасла под руководством профессора Mark Birch-Machin занимаются исследованием фенотипического значения мутации T414G (замена T на G в 414 положении) внутри контрольного региона мтДНК, наличие которой показано в стареющей (в том числе и при фотостарении) коже (). Исследователи продемонстрировали, что в течении деления фибробласта кожи in vitro в 5 различных культурах клеток, выделенных у пожилых людей, груз мутации T414G может увеличиваться или уменьшаться при клеточном делении, что свидетельствует об отсутствии направленного отбора против этой мутации. В подтверждение этого, с помощью клеточного сортера было показано, что уровень мутации T414G прямо не коррелирует со снижением или повышением числа копий мтДНК, или с маркерами клеточного старения (накопление липофусцина, продукция АФК). По видимому, распределение мутации косвенно зависит от типа клеточной линии. Ученые пришли к выводу, что эта мутация имеет небольшое влияние на продукцию АФК и клеточное старение в культуре фибробластов.
Подобные исследования причин и звеньев патогенеза клеточного старения имеют большое значение для разработки методов борьбы со старением.

Старение эндотелиальных прогениторных клеток

Фактор роста гепатоцитов (hepatocyte growth factor (HGF)) и сосудистый эндотелиальный фактор роста (vascular endothelial growth factor (VEGF)) -потенциально ангиогенные факторы роста в животных моделях ишемии , но их характеристики не одинаковы в лабораторных и клинических исследованиях. Японские ученые, в том числе знаменитый профессор Ryuichi Morishita из Университета Осаки, поставили целью своего исследования изучить действие этих ростовых факторов на эндотелиальные прогениторные клетки с помощью стимуляции ангиотензином II, который известен как фактор риска развития атеросклероза (). В результате исследования было выяснено, что HGF, но не VEGF, смягчает ангиотензин II-индуцированное старение эндотелиальных прогениторных клеток через снижение , ингибируя фосфатидилинозитол-трифосфат/rac1 путь. Мощная индукция неоваскуляризации HGF, но не VEGF, с помощью ангеотензина II была подтверждена экспериментами in vivo с использованием различных моделей, в том числе и трансгенных по HGF мышей.
Исследование причин, механизмов и факторов, противодействующих клеточному старению, с использованием различных подходов помогает геронтологам и ученым других специальностей искать средства для борьбы с процессом старения.

p53

Белок контролирует правильность выполнения генетических программ организма- он участвует в развитии ответа на стресс, может инициировать репарацию ДНК, остановку клеточного цикла, клеточное старение, а, прежде всего, - . До сих пор невыяснено каким именно образом p53 влияет на процесс старения- через запуск апоптоза, через остановку репарации и регенерации, или через все вышеупомянутые механизмы. Исследования на мышах дают разные, часто противоречивые результаты. Но одно несомненно- клеточное старение и старение организма в целом связаны с функционированием p53 . Этому посвящена статья ученых из The Institute for Advanced Study, Princeton Vazquez A , Bond EE, Levine AJ и Bond GL "Генетика сигнального пути p53, апоптоз и терапия рака" .
Ответ на стресс определяет индивидуальные возможности формирования опухоли и ответ на различные типы терапии онкологических заболеваний. Ученые занимаются оптимизацией терапии в соответствии современному уровню знаний. Для этого они провели генетическое исследование компонентов сигнального пути p53- самого p53 и его негативного регулятора MDM2, который может стать мишенью для терапии. Кроме того, унаследованные однонуклеотидные полиморфизмы генов сигнального пути p53 могут приводить к сходным результатам.
Из всего вышесказанного следует очень важный вывод: исследование влияния p53 на клеточное старение и запуск апоптоза помогают в разработке и оптимизации борьбы с онкологическими заболеваниями, большая часть которых является спутниками старости.

Старение клеток мезотелия

Группа польских ученых из Медицинского Университета Познани , в том числе и профессор Университета Ньюкасла исследовала уязвимость для и различные типы старения человеческих перитонеальных мезотелиальных клеток (). Выделенная из асцитической жидкости линия клеток LP-9 и выделенная из сальника линия мезотелиальных клеток HOMCs широко используются в различных исследованиях. Предполагается, что in vitro они обладают разным репликативным потенциалом. Исследователи решили сравнить эти клеточные линии с целью выявления конкретных механизмов клеточного старения . Обнаружено, что HOMCs делится меньше и вступает в фазу старения раньше, чем LP-9. Этот эффект был подтвержден ранним повышением уровня бэта-галактозидазы, ассоциированной со старением, и ингибиторов клеточного цикла p16(INK4A) и p21(WAF1). Кроме того, все 3 раза, когда клетки пересевали наблюдалось увеличение уровня повреждения ДНК. В отличие от LP-9, у HOMCs области повреждения локализовались в основном вне и длина теломер уменьшалась незначительно в процессе старения клеток. По сравнению с клетками LP-9, HOMCs входит в фазу старения с гораздо меньшим уровнем липофусцина и повреждения ДНК, а также с характерным низким уровнем восстановленного глутатиона. Кроме того, HOMCs синтезирует гораздо больше активных форм кислорода спонтанно или в ответ на внешние оксиданты. Результаты говорят о том, что в отличие от LP-9, HOMCs подвергается стресс-индуцированному теломеро-независимому преждевременному старению, что может быть следствием сильной уязвимости для .
Это исследование наглядно показывает, что разные клетки стареют по-разному.

Старение Т-клеток у приматов

В результате ряда исследований обнаружены серьезные возрастные изменения функционирования Т-лимфоцитов. В то время как общее количество Т-клеток в периферической крови в старости заметно не изменяется, наблюдаются четкие различия в относительном количестве подтипов Т-клеток. Количество незрелых лимфоцитов Т-предшественников увеличивается с возрастом, так же как и процент частично активированных Т-лимфоцитов, несущих маркеры незрелого фенотипа тимуса . Имеет место относительное увеличение цитотоксических супрессорных Т-клеток и уменьшение количества хелперов/индукторов Т-клеток. Функциональные дефекты клеточно-опосредованного иммунитета коррелируют с уменьшением популяции хелперов/индукторов. Клетки, полученные от старых людей или лабораторных животных, менее способны к ответу на аллогенные лимфоциты, фитогемагглютинин, конканавалин А и растворимый антиген. Лимфоциты от более старых мышей обладают меньшей способностью вызывать реакции отторжения, чем те, которые получены от более молодых особей тех же инбредных линий. Половина здоровых людей в возрасте старше 50 лет страдают кожной гиперчувствительностью. Уменьшение количества хелперов/индукторов Т-клеток и функций клеточно-опосредованного иммунитета сопровождается ростом количества антител и аутоиммунных реакций.

Онковирусы и арест клеточного цикла

Другой вариант старения клеток иммунной системы связан с инфицированием онковирусами . Инфицирование человеческим Т-лимфотропным вирусом типа1 (HTLV-1) вызывает дисрегуляцию пролиферации Т-лимфоцитов, что приводит к Т-клеточной лимфоме. Ранние клеточные изменения после инфицирования HTLV-1 трудно исследовать, т.к. для передачи вируса нужен межклеточный контакт, а в культуре клетки мало контактируют друг с другом. В Департаменте Микробиологии и Иммунологии Uniformed Services University of the Health Sciences ученые под руководством профессора Chou-Zen Giam провели исследования, в ходе которых показано, что клетки линии HeLa прекращают пролиферацию через 1-2 деления после инфицирования HTLV-1 или встраивания вирусного гена tax (). Клетки HeLa, инфицированные вирусом, как и клетки с встроенным tax, характеризуются высоким уровнем экспрессии p21(CIP1/WAF1) и p27(KIP1), митотическими аномалиями, останавливаются в G1-фазе клеточного цикла и стареют. Для сравнения, клетки человеческой остеосаркомы (HOS) продолжают делиться, хотя и с уменьшением скорости роста и отклонениями митоза. В клетках HOS значительно снижается экспрессия p21 и p27, которые ассоциированы с активацией пути фосфатидилинозитол-3-протеинкиназы (PI3K). Снижение p21(CIP1/WAF1) и p27(KIP1) в HOS вероятно позволяет произойти индуцированному вирусом или его геном аресту. Наконец, инфицирование HTLV-1 и экспрессия Tax вызывает арест в G1-фазе и клеток другой линии- Т-лимфоцитов SupT1. Отсюда вывод: инфицирование HTLV-1 приводит к вызываемому tax аресту клеточного цикла. Кроме того, Т-клетки, содержащие мутации по p21(CIP1/WAF1) и p27(KIP1) могут продолжать пролиферировать после инфицирования. Эти инфицированные клетки могут
размножаться, накапливать хромосомные аберрации и прогрессировать, приводя к раку.

Инсулиноподобный фактор роста (ИФР) и клеточное старение

С возрастом у людей возникают проблемы с опорно-двигательным аппаратом, в том числе и из-за патологических изменений в межпозвоночных дисках. У пожилых людей в дисках много стареющих клеток . Стареющие клетки не могут делиться и это снижает способность ткани диска к обновлению, чтобы заменить клетки погибшие некрозом или апоптозом . Ученые из Carolinas Medical Center, Charlotte под руководством Эдварда Хенли (Edward Hanley) провели работу по исследованию старения клеток межпозвоночных дисков и методов воздействия на него (). Целями данного исследования были:
1) создание надежной лабораторной модели стресс-индуцированного
преждевременного старения человеческих клеток межпозвоночных дисков;
2) определить потенциал ИФР1 в качестве средства против клеточного старения in vitro.
Инсулиноподобный фактор роста 1 (ИФР1) опосредует эффекты соматотропного гормона (СТГ). ИФР1 производится гепатоцитами печени в ответ на стимуляцию их соматотропиновых рецепторов. В периферических тканях именно ИФР-1 обеспечивает практически все физиологические эффекты соматотропного гормона.
Для создания модели использовали 2-часовую обработку перекисью водорода, затем с помощью иммуноцитохимических методов определяли локализацию стареющих клеток по бета-галактозидазе, процентное содержание стареющих клеток в культуре оценивали после 3 дней культивирования. Было создано 9 культур из хирургического
материала от 8 пациентов, клетки которых тестировались ИФР1 с
концентрацией 0, 50, 100 и 500 нг/мл. ИФР с концентрацией 50 и 100 нг/мл слабо незначительно на процент стареющих клеток, значительное снижение процента стареющих клеток наблюдалось при обработке ИФР с концентрацией 500 нг/мл. Эти данные являются этапом разработки терапевтичеких средств для борьбы с клеточным старением, в том числе и клеток межпозвоночных дисков.

Ресвератрол и лечение глаукомы

Ресвератрол- это фитоалексин (антибиотик, вырабатываемый в растениях, подвергшихся заражению). Он вырабатывается во многих растениях в ответ на действие бактериальных патогенов и патогенов грибов. Сейчас его получают искусственно и используют как пищевую добавку. Было показано, что он увеличивает продолжительность жизни у экспериментальных организмов- дрожжей и мышей.
Paloma Liton , Pedro Gonzalez , David L. Epstein , а также сотрудники их лабораторий из DUKE EYE CENTER Duke University Medical Center провели исследование эффекта ресвератрола при лечении глаукомы .
Повышенное внутриглазное давление (intraocular pressure (IOP)) является главным фактором риска для возникновения открытоуголной глаукомы (primary open-angle glaucoma (POAG)), которая составляет более 90% случаев глаукомы-тяжелого возраст-ассоциированного заболевания глаз. Высокое внутриглазное давление возникает из-за снижения оттока внутриглазной жидкости через систему трабекул (TM) Шлеммова канала. Снижение функции ТМ при POAG ассоциированна с экспрессией маркеров воспаления, старением клеток, и снижением клеточности. В настоящее время лечние глаукомы заключается в снижении давления, но этот терапевтический подход не улучшает функционирование ТМ у больных глаукомой. Ученые провели исследования действия ресвератрола на экспрессию маркеров воспаления, оксидативное повреждение и старения клеток ТМ, подтвергающихся хроническому оксидативному стрессу. Ресвератрол снижает продукцию внутри клеток и маркеров воспаления (IL1alpha, IL6, IL8 и ELAM-1), а также маркеров старения (бэта-галактозидазы, липофусцина и ). Также ресвератрол обладает антиапоптотическим действием, не ассоциированным со снижением клеточной пролиферации. Был сделан вывод, что ресвератрол предотвращает аномалии клеток ТМ у больных глаукомой.

В заключение

Процесс клеточного старения многообразен. Он запускается различными факторами, идет через разные сигнальные пути. В разных клетках процесс старения различен, наступает в разные моменты времени. Но во в любом случае приводит к дисфункции и смерти клетки. При рассмотрении клеточного старения возникает несколько вопросов, которые мы частично попытались рассмотреть:
1) Насколько клеточное старение соответствует старению организма в целом?
2) Как происходит старение разных клеточных типов?
3) Чем отличается старение клеток в организме (in vivo) и в лабораторных условиях (in vitro)?
4) Как старение клеток влияет на функцию клеток?
5) Как можно повлиять на процесс клеточного старения?
6) Каковы перспективы использования регуляции клеточного старения в терапии возраст-ассоциированных заболеваний?
Ответы на эти и другие вопросы очень важны для разработки средств борьбы со старением. Это один из фундаментальных механизмов, лежащих в основе старения человека.

Последние два-три года стали для геронтологии буквально прорывными. Сначала ученые нашли способ продлить жизнь дрожжей, червей и даже мышей с помощью голодания, потом – несколько генов, способных продлить активное долголетие. Удалось даже обнаружить связь между развитием половой системы, жировой ткани и продолжительностью жизни.

Но подход к молекулярным и клеточным основам старения не менялся уже несколько десятилетий: накопление мутаций, неизбежно возникающих при делении, постепенное разрушение белков и истощение «резервных» систем.

Мартин Хетцер из Института биологических исследований Салка и его коллеги смогли существенно уточнить это понимание :

За общими словами об изнашивании скрывается как минимум нарушение работы ядерных пор, обеспечивающих избирательный обмен содержимым между ядром и клеткой.

Несмотря на микроскопические размеры – от пяти до сотни микрометров, клетка сама включает ещё нескольких десятков органелл, главная среди которых – ядро, обеспечивающее регуляцию всех внутриклеточных и даже внеклеточных процессов. Внутри ядра, которое может занимать до 80% объема (у сперматозоидов), располагается самое ценное – генетическая информация, зашифрованная в последовательности ДНК.

Если бы не ядерная оболочка, то количество мутаций и сбоев в считывании кода просто бы не дало возможности клетке жить. Но несмотря на двойную мембрану, окружающую хромосомы,

Генетический аппарат не находится в изоляции: различные виды РНК постоянно покидают ядро, регулируя синтез белка, в то время как внутрь проникают сигналы, активирующие транскрипционные факторы.

Как и в случае с более «крупными» барьерами, работающими на уровне всего организма, ядерный тоже обладает избирательной проницаемостью: например, жирорастворимые молекулы, будь то стероидные гормоны или определенные лекарственные вещества, легко проникают через саму мембрану, больше похожую на тонкую масляную пленку с вкраплениями.

А вот нуклеиновые кислоты, белки и другие гидрофильные соединения обречены проходить через специальные каналы – ядерные поры. Несмотря на многообразие пропускаемых молекул, сами поры достаточно консервативно устроены у большинства организмов и состоят из внутреннего канала и симметричных наружных частей, похожих на расположенные в вершинах восьмиугольника белковые молекулы.

Как показали Хетцер и соавторы публикации в Cell, со временем эти поры начинают «течь», что и становится причиной более «заметных» последствий – отложения амилоидных бляшек вдоль сосудов мозга, разрушения хрящей в суставах, «одряхления» сердца.

На примере мышечных клеток, а потом – и всего организма нематоды C. elegans ученые продемонстрировали, что периферическая часть ядерного канала регулярно обновляется, в то время как центральная перестраивается только во время деления клеток, при котором оболочка ядра сначала разрушается, а потом образуется вновь. Соответственно, ядерные поры постепенно «изнашиваются», но, в отличие от других внутриклеточных систем, не обновляются, что и приводит к «протечке». В результате в ядро попадают не только мутагены, но и другие молекулы, нарушающие работу генетического аппарата.

Если дело касается постоянно обновляющихся клеток кожи или эпителия кишечника, то такой проблемы не возникает, но как быть нервным или мышечным клеткам, практически не делящимся на протяжении всей жизни? Неудивительно, что их обмен веществ завязан не только на «сигналы» из ядра, но и на устоявшиеся каскады реакций, не требующих быстрого вмешательства генетического аппарата.

Открытие Хетцера не стало очередной «самодостаточной» гипотезой в теории старения. Ученые продемонстрировали, как активные формы кислорода, давно ставшие главным врагом геронтологов, способны ускорять изнашивание ядерных пор, а вместе с этим и старение всей клетки. Остается надеяться, что система, компенсирующая эти «протечки», всё же существует, и если удастся её обнаружить, то это станет новым витком в изучении активного долголетия.