Число клітинних поділів. Теорії старіння

Думка про те, що старіння може бути закладено з моменту народження, було висловлено німецьким ученим-дарвіністом Августом Вейсманом (Friedrich Leopold August Weismann, 1834-1914). У своїй знаменитій лекції, прочитаній у 1891 році, Вейcман висунув припущення, що смерть від старості виникла під час еволюції:<Я рассматриваю смерть не как первичную необходимость, а как нечто приобретенное вторично в процессе адаптации:>.

Підходи до класифікації теорій старіння

Теорії, що пояснюють старіння організмів, можна класифікувати різними способами.
Наприклад, існує поділ на три групи: генетичні теорії, у яких генно-контрольовані запрограмовані<биологические часы>, такі як теломери регулюють зростання, зрілість і старість, нейроендокринні теорії та теорії накопичення ушкоджень. Взагалі кажучи, цей поділ є досить умовним, тому що всі ці механізми важливі та взаємопов'язані.

Також виділяють 2 великі групи: стохастичні (імовірнісні) теорії та теорії програмованого старіння.
Можна класифікувати теорії за рівнем організації живої матерії.
На думку В.М. Анісімова, керівника Російського Геронтологічного Суспільства, найяскравішими теоріями залишаються висунута в 1956 р. Д. Харманом вільнорадикальна теорія (Harman, 1956, 1998), теорія клітинного (реплікативного) старіння Л. Хейфліка,19,19,19,19,19; Теломірна теорія А.М.Оловнікова (Оловніков, 1971; Olovnikov, 1996), елеваційна теорія старіння В.М. Дільмана (Дільман, 1987; Dilman, 1971, 1994) і теорія витраченої соми Т. Кірквуда (Kirkwood, 1997, 2002). висунута у 1956 р. Д. Харманом вільнорадикальна теорія, теорія клітинного (реплікативного) старіння Л. Хейфліка та теломірна теорія А. М. Оловнікова, елеваційна теорія старіння В. М. Дільмана.

Класифікація теорій стохастичного старіння

(Schulz-Aellen, 1997)

• Теорія соматичних мутацій - Соматичні мутації порушують генетичну інформацію та зменшують функцію клітин
• Катастрофа помилок - Помилки процесів транскрипції та/або трансляції зменшують ефективність клітин
• Пошкодження ДНК, репарація ДНК Пошкодження ДНК постійно репаруються різними механізмами. Ефективність репарації позитивно корелює із тривалістю життя та зменшується з віком
• Пошкодження білків - Конформаційні порушення білків та ферментів (перехресні зшивки) ушкоджують функцію клітини
• Перехресні зшивки - Хімічні перехресні зшивки важливих макромолекул (наприклад, колагену) призводять до порушень функції клітин та тканин
• Зношування - Нагромадження пошкоджень у повсякденному житті зменшує ефективність організму

Класифікація теорій програмованого старіння

(Schulz-Aellen, 1997)

• Генетичні теорії - Старіння викликається запрограмованими змінами експресії генів, або експресією специфічних білків
• Гени смерті - Існують гени клітинної загибелі
• Виборча загибель – Загибель клітини обумовлена ​​наявністю специфічних мембранних рецепторів
• Укорочення теломер - Укорочення теломер з віком in vitro та in vivo призводить до нестабільності хромосом та загибелі клітин
• Порушення диференціювання - Помилки в механізмах активації-репресії генів, що призводять до синтезу надлишкових, несуттєвих або непотрібних білків
• Нагромадження<загрязнений>- Нагромадження відходів метаболізму знижує життєздатність клітин
• Нейроендокринні теорії - Недостатність нервової та ендокринної систем у підтримці гомеостазу. Втрата гомеостазу призводить до старіння та смерті
• Імунологічна теорія - Певні алелі можуть збільшувати чи скорочувати тривалість життя.
• Метаболічні теорії - Довголіття обернено пропорційно швидкості метаболізму
• Вільно-радикальна теорія - Довголіття назад пропорційно до ступеня пошкодження вільними радикалами і прямо пропорційно до ефективності антиокислювальних систем
• Годинник старіння - Старіння і смерть є результатом визначеного біологічного плану
• Еволюційні теорії - Природний відбір усуває індивідуумів після того, як вони зроблять потомство

Класифікація найважливіших теорій старіння за рівнем інтеграції

(Yin, Chen, 2005)

Організмовий рівень інтеграції
Теорія зношування - Sacher, 1966
Теорія катастрофи помилок - Orgel, 1963
Теорія стресового ушкодження - Stlye, 1970
Теорія аутоінтоксикації - Metchnikoff, 1904
Еволюційна теорія (теорія програмованого старіння) – Williams, 1957
Теорія збереження інформації (теорія програмованого старіння)

Органний рівень
Ендокринна теорія - Коренчевський, 1961
Імунологічна теорія - Walford, 1969
Гальмування головного мозку

Клітинний рівень
Теорія клітинних мембран - Zg-Nagy, 1978
Теорія соматичних мутацій - Szillard, 1959
Мітохондріальна теорія – Miquel et al., 1980
Мітохондріально-лізосомальна теорія - Brunk, Terman, 2002
Теорія проліферативного ліміту клітини (теорія програмованого старіння) - Hayflick, Moorhead, 1961

Молекулярний рівень
Теорія накопичення пошкоджень ДНК - Vilenchik, 1970
Теорія слідових елементів – Eichhorn, 1979
Вільно-радикальна теорія - Harman, 1956
Теорія поперчених зшивок - Bjorksten, 1968
Теорія окисного стресу - Sohal, Allen, 1990; Yu, Yang, 1996
Теорія неензіматичної глікозиляції – Cerami, 1985
Теорія карбонільної інтоксикації - Yin, Brunk, 1995
Теорія катастрофи забруднення - Terman, 2001
Теорія генних мутацій
Теорія укорочення теломер (теорія програмованого старіння) - Оловніков, 1971

Інші підходи
Старіння як ентропія – Sacher, 1967; Bortz, 1986
Математичні теорії та різні уніфіковані теорії - Sohal, Alle, 1990;
Zg-Nagy, 1991; Kowald, Kirkwood, 1994

Вільнорадикальна теорія старіння Денхема Хармана

Теорія клітинного старіння Леонарда Хейфліка

Елеваційна теорія старіння

Висунута та обґрунтована на початку 50-х років минулого століття ленінградським ученим Володимиром Дільманом. Відповідно до цієї теорії, механізм старіння починає свою роботу з постійного зростання порога чутливості гіпоталамуса до рівня гормонів у крові. Через війну підвищується концентрація циркулюючих гормонів. Як результат, виникають різні форми патологічних станів, у тому числі характерні для старечого віку: ожиріння, діабет, атеросклероз, канкріофілія, депресія, метаболічна імунодепресія, гіпертонія, гіперадаптоз, автоімунні захворювання та клімакс. Ці хвороби ведуть до старіння і зрештою до смерті.
Іншими словами, в організмі, існує великий біологічний годинник, який відрахує відпущений йому час життя від народження до смерті. Цей годинник у певний момент запускає деструктивні процеси в організмі, які прийнято називати старінням.
За Дільманом, старіння та пов'язані з ним хвороби – це побічний продукт реалізації генетичної програми онтогенезу – розвитку організму.
З онтогенетичної моделі слід, що й стабілізувати стан гомеостазу лише на рівні, досягаемом до закінчення розвитку організму, можна загальмувати розвиток хвороб і природних старечих змін і збільшити видові межі життя.
Завантажити книгу В.Дільмана "Великий біологічний годинник"

Теорія витраченої (одноразової) соми

Теорія перехресних зшивок

Цей механізм старіння трохи нагадує вплив вільних радикалів. Тільки роль агресивних речовин тут грають цукру, насамперед – завжди присутня в організмі глюкоза. Цукор може вступати в хімічну реакцію з різними білками. При цьому, звичайно, функції цих білків можуть порушуватися. Але що набагато гірше, молекули цукрів, з'єднуючись з білками, мають здатність<сшивать>молекули білків між собою. Через це клітини починають гірше працювати. У них накопичується клітинне сміття.
Один із проявів такої зшивки білків – втрата тканинами еластичності. Зовні найбільш помітною виявляється поява на шкірі зморшок. Але набагато більшу шкоду завдає втрата еластичності кровоносних судин та легень. У принципі, клітини мають механізми для руйнування подібних зшивок. Але цей процес вимагає від організму великих енерговитрат.
Сьогодні вже існують лікарські препарати, які розбивають внутрішні зшивки та перетворюють їх на поживні речовини для клітини.

Теорія помилок

Гіпотеза<старения по ошибке>була висунута 1954 р. американським фізиком М. Сциллардом. Досліджуючи ефекти впливу радіації на живі організми, він показав, що дія іонізуючого випромінювання суттєво скорочує термін життя людей та тварин. Під впливом радіації відбуваються численні мутації в молекулі ДНК та ініціюються деякі симптоми старіння, такі як сивина або ракові пухлини. Зі своїх спостережень Сцилард зробив висновок, що мутації є безпосередньою причиною старіння живих організмів. Однак він не пояснив факту старіння людей і тварин, які не зазнавали опромінення.
Його послідовник Л. Оргель вважав, що мутації в генетичному апараті клітини можуть бути або спонтанними, або виникати у відповідь на вплив агресивних факторів – іонізуючої радіації, ультрафіолету, впливу вірусів та токсичних (мутагенних) речовин тощо. З часом система репарації ДНК зношується, у результаті відбувається старіння організму.

Теорія апоптозу (самогубства клітин)

Академік В.П. Скулачов називає свою теорію теорією клітинного апоптозу. Апоптоз (грец.<листопад>) – процес запрограмованої загибелі клітини. Як дерева позбавляються частин, щоб зберегти ціле, так і кожна окрема клітина, пройшовши свій життєвий цикл, повинна відміряти і її місце має зайняти нова. Якщо клітина заразиться вірусом, або в ній відбудеться мутація, що веде до озлоякісності, або просто закінчиться термін її існування, то, щоб не наражати на небезпеку весь організм, вона повинна померти. На відміну від некрозу - насильницької загибелі клітин із-за травми, опіку, отруєння, нестачі кисню внаслідок закупорювання кровоносних судин тощо, при апоптозі клітина акуратно саморозбирається на частини, і сусідні клітини використовують її фрагменти як будівельний матеріал.
Самоліквідації зазнають і мітохондрії - вивчивши цей процес, Скулачов назвав його мітоптозом. Мітоптоз відбувається, якщо в мітохондріях утворюється дуже багато вільних радикалів. Коли кількість загиблих мітохондрій занадто велика, продукти їхнього розпаду отруюють клітину і призводять до її апоптозу. Старіння, з точки зору Скулачова, - результат того, що в організмі гине більше клітин, ніж народжується, а функціональні клітини, що відмирають, замінюються сполучною тканиною. Суть його - пошук методів протидії руйнації клітинних структур вільними радикалами. На думку вченого, старість - це хвороба, яку можна і потрібно лікувати, програму старіння організму можна вивести з ладу і цим вимкнути механізм, що скорочує наше життя.
На думку Скулачова, головна з активних форм кисню, що призводять до загибелі мітохондрій та клітин – перекис водню. В даний час під його керівництвом проходить випробування препарат SKQ, призначений для запобігання ознакам старіння.
Інтерв'ю "Новій Газеті"

Адаптаційно-регуляторна теорія

Модель старіння, розроблена видатним українським фізіологом та геронтологом В.В. Фролькісом в 1960-70-х рр.., Заснована на широко поширеному уявленні про те, що старість і смерть генетично запрограмовані.<Изюминка>Теорія Фролькіса полягає в тому, що віковий розвиток і тривалість життя визначаються балансом двох процесів: поряд з руйнівним процесом старіння розгортається процес<антистарения>, для якого Фролькіс запропонував термін<витаукт>(Лат. vita - життя, auctum - збільшувати). Цей процес спрямовано підтримку життєздатності організму, його адаптацію, збільшення тривалості життя. Уявлення про антистаріння (вітаукт) набули широкого поширення. Так, у 1995 р. у США відбувся перший міжнародний конгрес із цієї проблеми.
Істотним компонентом теорії Фролькіса є розроблена ним генорегуляторна гіпотеза, за якою первинними механізмами старіння є порушення в роботі регуляторних генів, що управляють активністю структурних генів та, в результаті, інтенсивністю синтезу закодованих у них білків. Вікові порушення генної регуляції можуть призвести не тільки до зміни співвідношення синтезованих білків, але і до експресії генів, що раніше не працювали, появі раніше не синтезованих білків і, як результат, до старіння і загибелі клітин.
В.В.Фролькіс вважав, що генорегуляторні механізми старіння є основою розвитку поширених видів вікової патології - атеросклерозу, раку, діабету, хвороб Паркінсона та Альцгеймера. Залежно від активації або придушення функцій тих чи інших генів і розвиватиметься той чи інший синдром старіння, та чи інша патологія. На основі цих уявлень було висунуто ідею генорегуляторної терапії, покликаної попереджати зрушення, що лежать в основі розвитку вікової патології.

Редусомна теорія Оловнікова

Покрита білками лінійна молекула ДНК редусоми – це копія сегмента хромосомної ДНК. гнізді. Подібно до теломірної ДНК лінійна ДНК редусоми з часом укорочується. Тому крихітні редусоми прогресуюче зменшуються у розмірах; звідси та його назва. Разом зі спадом ДНК в редусомі зменшується і кількість різних генів, що містяться в ній. Укорочення молекул редусомної ДНК (і викликане цим зміна набору генів у редусомах, змінює з віком рівень експресії різних хромосомних генів і завдяки цьому є ключовим засобом вимірювання біологічного часу в індивідуальному розвитку.

Цьогоріч Хейфлік спостерігав, як клітини людини, що діляться в клітинній культурі, помирають приблизно після 50 поділів і виявляють ознаки старіння при наближенні до цієї межі.

Дана межа була знайдена в культурах всіх повністю диференційованих клітин як людини, так і інших багатоклітинних організмів. Максимальна кількість поділів клітини по-різному в залежності від її типу і ще сильніше відрізняється в залежності від організму, якому ця клітина належить. Для більшості людських клітин межа Хейфліка становить 52 поділи.

Кордон Хейфліка пов'язаний із скороченням розміру теломер, ділянок ДНК на кінцях хромосом. Як відомо, молекула ДНК здатна до реплікації перед кожним поділом клітини. При цьому наявні у неї на кінцях теломери після кожного поділу клітини коротшають. Теломери скорочуються дуже повільно - по кілька (3-6) нуклеотидів за клітинний цикл, тобто за кількість поділів, що відповідає ліміту Хейфліка, вони вкоротяться лише на 150-300 нуклеотидів. Таким чином, чим коротше у ДНК «тіломірний хвіст», тим більше поділів у неї пройшло, а значить – тим старша клітина.

У клітині існує фермент теломерази, активність якого може забезпечувати подовження теломер, при цьому подовжується життя клітини. Клітини, у яких функціонує теломераза (статеві, ракові), безсмертні. У звичайних (соматичних) клітинах, з яких в основному і складається організм, теломераза «не працює», тому теломери при кожному розподілі клітини коротшають, що в кінцевому підсумку призводить до її загибелі в межах ліміту Хейфліка, тому що інший фермент – ДНК-полімераза - Не здатний реплікувати кінці молекули ДНК.

В даний час запропоновано епігенетичну теорію старіння, яка пояснює ерозію теломер насамперед активністю клітинних рекомбіназ, що активізуються у відповідь на пошкодження ДНК, спричинені, головним чином, віковою депресією мобільних елементів геному. Коли після певного числа поділів теломери зникають зовсім, клітина завмирає у певній стадії клітинного циклу або запускає програму апоптозу - відкритого у другій половині 20 століття явища плавного руйнування клітини, що проявляється у зменшенні розміру клітини та мінімізації кількості речовини, що потрапляє у міжклітинний простір після її руйнування.

Принцип експерименту

Принципово, експеримент проведений Леонардом Хейфліком в колаборації з Полом Мурхедом, був досить простим: змішували рівні частини нормальних чоловічих і жіночих фібробластів, що відрізнялися за кількістю пройдених клітинних поділів (чоловічі - 40 поділів, жіночі - 10 поділок) один від одного надалі. Паралельно було поставлено контроль із чоловічими 40-денними фібробластами. Коли ж контрольна незмішана населення чоловічих клітин перестала ділитися, то змішана досвідчена культура містила тільки жіночі клітини, адже всі чоловічі клітини вже загинули. На підставі цього Хейфлік зробив висновок, що нормальні клітини мають обмежену здатність до поділу на відміну від ракових клітин, які є іммортальними. Так було висунуто припущення, що так звані «мітотичні годинники» знаходяться всередині кожної клітини, на підставі таких спостережень:

1. Нормальні фетальні фібробласти людини у культурі здатні подвоювати популяцію лише обмежену кількість разів;
2. Клітини, які зазнали кріогенної обробки, «пам'ятають», скільки разів вони ділилися до заморозки.

Біологічний сенс явища

В даний час панує думка, що пов'язує ліміт Хейфліка з проявом механізму придушення пухлиноутворення, що виник у багатоклітинних організмів. Іншими словами, опухолесупресорні механізми, такі як реплікативне старіння та апоптоз, безперечно корисні в ранньому онтогенезі та зрілості, але побічно є причиною старіння – обмежують тривалість життя внаслідок накопичення дисфункціональних старіючих клітин або надмірної загибелі функціональних.

Див. також

Примітки

1. Hayflick L., Moorhead P.S. // Exp. Cell Res., 1961, v. 253, p. 585-621.
2. Галицький В.А. (2009). "Епігенетична, природа, старіння" (PDF). Цитологія. 51 : 388-397.
3. L. Hayflick, P. S. Moorhead. The serial cultivation of human diploid cell strains // Experimental Cell Research. – 1961-12-01. - Т. 25. - С. 585-621. - ISSN 0014-4827.
4. J. W. Shay, W. E. Wright. Hayflick, his limit, and cellular ageing // Nature Reviews. Molecular Cell Biology. – 2000-10-01. - Т. 1, вип. 1 . - С. 72-76. -

Лише в 1971 році Олексій Оловніков звернув увагу, що межа Хейфліка характерна для клітин із незамкнутою в кільце ДНК, тоді як бактерії з кільцевою ДНК розмножуються без обмежень. Вчений висунув гіпотезу маргінотомії, Яка припускала, що ліміт поділу клітин з лінійної ДНК обумовлений неповним копіюванням кінцевих ділянок хромосоми в момент поділу клітини. Ідея Оловнікова геніальна і водночас проста, її легко пояснити навіть школяру. Спробую розповісти про це у контексті еволюційної теорії.

Коли клітина готується до поділу, фермент ДНК-полімераза проходить вздовж хромосоми для створення її копії. Якщо хромосома має кільцеву будову, фермент завершує повне коло, а кінці копії злипаються з утворенням хромосоми для нової клітини.

В епоху одноклітинних організмів хромосоми мали кільцеву будову. Але іноді в результаті мутацій траплялося так, що кінці нової хромосоми не злипалися з утворенням кільця і ​​нитка ДНК залишалася незамкнутою. Приблизно так з'явилися бактерії з лінійними хромосомами. Яка Отримала таку хромосому бактерія стикалася з проблемою копіювання, коли приходила черга її власного поділу. Полімераза, добігши до кінця лінійної хромосоми, зупиняється і не може скопіювати кінцеву ділянку, приблизно рівну власній довжині ферменту.

Ця ідея осяяла Оловнікова, коли він спустився в метро після лекції про експерименти Хейфліка в МГУ. Він міркував: "що відбувається з полімеразою на лінійних хромосомах аналогічно тому, як другий вагон поїзда ніколи не доїде до глухого кута і зупиниться на відстані рівну довжині локомотива". Але повернемося до еволюційної теорії, щоб зрозуміти, як природа вирішила проблему бактерій із лінійними хромосомами.

Схильність до утворення лінійних хромосом могла передаватися у спадок дочірнім клітинам, і з кожним поколінням геном дочірніх бактерій коротшає. Щойно недокопованим виявлявся життєво важливий для бактерії ген - колонія припиняла зростання і гинула. Тому спочатку бактерії з лінійними хромосомами швидко відсіювалися в результаті природного відбору.

Однак деякі з таких бактерій в результаті випадкових вірусних вставок отримали додаткові кінці на хромосомах, які служили своєрідним резервом - дані кінцеві ділянки хромосоми могли коротшати з кожним розподілом без загрози для важливих генів. Оловніков, припускаючи наявність цих ділянок на кінцях лінійних хромосом людини, назвав їх телогенами(суч. назв. - теломери).

Ок, але ж і теломери рано чи пізно через 50-100-200 поділів витрачаються, і загибель колонії бактерій із лінійними хромосомами здається неминучою. Більш того, лінійні хромосоми - єдиний варіант організації ДНК і для всіх існуючих багатоклітинних, включаючи людину. Чому на перший погляд дефектні лінійні хромосоми дісталися високорозвиненим організмам? Імовірно, для перших багатоклітинних здатність до необмеженого поділу виявилася шкідливою. Тільки уявіть, що ваші клітини безперешкодно подвоюються, перетворюючи ваше красиве тіло на ембріональну біомасу. Адже у перших багатоклітинних був імунної і гормональної систем та інших механізмів регулюючих розподіл клітин. Можливо тому природний відбір сприяв багатоклітинним, які виникли з одноклітинних з лінійними хромосомами.

Отже, теломери є кінцевими, а природа вимагає продовження роду. Як пояснити утворення організму людини в трильйони клітин із однієї зиготи без укорочення теломер? Для вирішення цієї суперечності геніальний Оловніков передбачив, що теломери здатні нарощуватися спеціальним ферментом, якому дав назву тандем-полімераза(суч. назв. - теломераза). Через багато років американські вчені експериментально підтвердили припущення Оловнікова і довели, що теломераза здатна прикріплюватися до кінця хромосоми і, виступаючи в ролі матриці, нарощувати теломери, за що в 2009 отримали Нобелівську премію.

Межа Хейфліка в організмі людини

У сучасних організмах тварин і людини проблема межі Хейфліка не така актуальна - досі не вдалося встановити зв'язок довжини теломер з тривалістю життя. Тому не варто поспішати платити гроші за дослідження довжини теломір. Крім того, даний механізм обмеження поділу клітин навряд чи здатний зупинити рак. Як стовбурові, і ракові клітини легко нарощують теломери своїх хромосом підвищуючи активність теломерази. Наочним прикладом може бути культура клітин, отримана 60 років тому з пухлини шийки матки американки Генрієтти Лакс. Її клітини досі використовують у лабораторіях усього світу, вони літали в космос та їх підривали атомною бомбою, за їх допомогою розроблені вакцини та ліки від раку, а цього року про них навіть зняли художній фільм. Відомі клітини HeLa (від He nrietta La cks) пережили саму жінку та її дітей, а за своєю біомасою багаторазово переросли масу всіх їх разом узятих. Таким чином, теломераза легко вирішує проблему межі Хейфліка.

Крім того, здатність стовбурових клітин до асиметричного поділу не тільки вирішує проблему межі Хейфліка без участі теломерази, але й проблему накопичення мутацій, частота яких збільшується з кожним розподілом клітини. Нові дані про поділ стовбурових клітин створюють передумови потенційного безсмертя як окремих клітин, а й усього організму.

Асиметричний поділ - потенціал до безсмертя

Логічно, що розподіл однієї клітини закінчується утворенням двох дочірніх, одна з яких містить вихідну хромосому, а другий дістається її копія. Навіть якщо йдеться про поділ клітини з кільцевою хромосомою, то дочірні клітини не еквівалентні одна одній, тому що в процесі копіювання ДНК неминуче відбуваються помилки, які дістаються дочірній клітині, що отримала копію хромосоми. Якщо ж говорити про поділ клітин з лінійною хромосомою, то дочірня клітина, що отримала копію, не тільки містить більше мутацій, але й отримає укорочені теломери. Таким чином можна припустити, що через багато циклів поділів стовбурової клітини в організмі існуватиме одна клітина з вихідною хромосомою, а всі інші будуть містити укорочені копії з мутаціями.

Враховуючи, що через кілька циклів поділів відбувається поступове дозрівання (диференціювання) клітин, рано чи пізно клітина з вихідною хромосомою, як і всі клітини її покоління, виконавши свою функцію, загине, як щодня гинуть мільярди клітин крові, шкіри або епітелію кишечника. При такому розкладі ми змушені визнати, що всі вихідні стовбурові клітини, запасені в нашому тілі ще в утробі матері, витрачаються і з віком неминуче накопичуються мутації, а тіломери неминуче коротшають. Саме так тривалий час пояснювалося неминуче старіння та смертність нашого тіла.

Однак у 1975 році була висунута гіпотеза асиметричного поділу, що передбачає, що поділ стовбурової клітини закінчується утворенням не двох дочірніх клітин, а однієї, друга клітина при цьому залишається стовбуровою. У 2010 році експериментально було підтверджено, що процес розподілу вихідної хромосоми та її копії асиметричний. Виявилося, що вихідні хромосоми залишаються в стовбуровій клітині, яка зберігає свою стовбуровість,а копії виявляються в дочірній клітині, яка утворює колонію клітин, що поступово диференціюються, з обмеженим терміном служби.

При такому розкладі стовбурові клітини мають буквально невичерпний потенціал до самопідтримання:

1. Зберігають вихідну ДНК не накопичуючи мутації і ризикуючи залишитися без теломер;
2. Рідко діляться, мало синтезують білків і метаболічно слабоактивні, а отже легше за інші клітини переживають нестачу кисню та живлення, інтоксикацію та радіацію;
3. Чи не диференціюються в зрілі клітини і не витрачаються протягом життя.

Висновок

У своїй лабораторії я вирощую такі гігантські колонії клітин крові всього за 10 днів. Кожна червона пляма – це тисячі молодих еритроцитів, утворених з однієї-єдиної стовбурової клітини. Не виключено, що родоначальниця колонії десь серед них і готова утворити ще не одну таку колонію – достатньо змінити концентрацію гормоноподібних стимуляторів поділу.

Приблизно так це відбувається і в кістковому мозку кожного з нас протягом життя. Більшість зрілих клітин крові живуть від кількох хвилин до кількох місяців, тому щодня потрібне відновлення мільярдів клітин крові.

Але чому з віком процеси відновлення крові та інших тканин організму сповільнюються? Я дотримуюсь версії, що стволові клітини залишаються життєздатними все наше життя. А уповільнення процесів регенерації обумовлено "замуровуванням" стовбурових клітин сполучними тканинами, внаслідок чого вони перестають отримувати сигнали від макроорганізму про необхідність оновлення.

Про те чому так відбувається – розповім якось наступного разу. Щоб не пропустити оновлення -! А якщо у вас немає облікового запису в ЖЖ, підписуйтесь на оновлення в

10.12.2016

Межа або ліміт Хейфліка - межа кількості поділів соматичних клітин, названа на честь її відкривача Леонарда Хейфліка. У 1961 році Хейфлік спостерігав, як клітини людини, що діляться в клітинній культурі, помирають приблизно після 50 поділів і виявляють ознаки старіння при наближенні до цієї межі.

Для більшості людських клітин межа Хейфліка становить 52 поділи.

Хід експерименту Леонарда Хейфліка та Пола Мурхеда.

Були взяті фібробласти – клітини сполучної тканини організму, що синтезують позаклітинний матрикс. Фібробласти секретують попередники білків колагену та еластину, а також мукополісахариди. В ембріогенезі фібробласти походять із стовбурових клітин мезенхімного походження. Відіграють важливу роль у загоєнні ран, основною функцією є синтез компонентів міжклітинної речовини: білків (колагену та еластину).

Були змішані рівні частини нормальних чоловічих і жіночих фібробластів, що відрізнялися за кількістю пройдених клітинних поділів (чоловічі - 40 поділів, жіночі - 10 поділів) для того, щоб фібробласти можна було відрізнити один від одного надалі. Паралельно було поставлено контроль із чоловічими 40-денними фібробластами. Коли ж контрольна незмішана населення чоловічих клітин перестала ділитися, то змішана досвідчена культура містила тільки жіночі клітини, адже всі чоловічі клітини вже загинули. На підставі цього, Хейфлік зробив висновок, що нормальні клітини мають обмежену здатність до поділу на відміну від ракових клітин, які є іммортальними.

Було висунуто припущення, що так звані "мітотичні годинники" знаходяться всередині кожної клітини, на підставі таких спостережень:

1. Нормальні фетальні фібробласти людини у культурі здатні подвоювати популяцію лише обмежену кількість разів.

2. Клітини, які зазнали кріогенної обробки "пам'ятають" скільки разів вони ділилися до заморозки.

Біологічний сенс явища.

В даний час панує думка, що пов'язує ліміт Хейфліка з проявом механізму придушення пухлиноутворення, що виник у багатоклітинних організмів. Іншими словами, опухолесупресорні механізми, такі як реплікативне старіння та апоптоз, безперечно корисні в ранньому онтогенезі та зрілості, але побічно є причиною старіння – обмежують тривалість життя внаслідок накопичення дисфункціональних старіючих клітин або надмірної загибелі функціональних.

В основі головної їх лежить накопичення випадкових пошкоджень гена при реплікації клітини. При кожному клітинному поділі діють фактори середовища, наприклад, дим, радіація, хімікати, відомі під назвою вільних гідроксильних радикалів, та продукти розпаду клітин, які заважають точному відтворенню ДНК у наступному поколінні клітини. В організмі існує багато ферментів відновлення ДНК, які стежать за процесом копіювання та усувають неполадки транскрипції у міру їх виникнення, але всі помилки вони виловити не в змозі. При неодноразовій реплікації клітини пошкодження ДНК накопичуються, призводячи до невірного синтезу білків та неправильного функціонування. Ці помилки функціонування є, своєю чергою, причиною хвороб, притаманних старіння, наприклад, артеріосклерозу, захворювань серця та злоякісних пухлин.

Ця межа була знайдена у культурах всіх повністю диференційованих клітин як людини, так і інших багатоклітинних організмів. Максимальна кількість поділів клітини по-різному в залежності від типу клітини і ще сильніше відрізняється в залежності від організму, якому ця клітина належить. Кордон Хейфліка пов'язаний із скороченням розміру теломер, ділянок ДНК на кінцях хромосом. Як відомо, молекула ДНК здатна до реплікації перед кожним поділом клітини. При цьому наявні у неї на кінцях теломери після кожного поділу клітини коротшають. Теломери скорочуються дуже повільно - по кілька (3-6) нуклеотидів за клітинний цикл, тобто за кількість поділів, що відповідає ліміту Хейфліка, вони вкоротяться лише на 150-300 нуклеотидів. Таким чином, чим коротше у ДНК "тіломірний хвіст", тим більше поділів у неї пройшло, а значить - тим старша клітина.

У клітині існує фермент теломерази, активність якого може забезпечувати подовження теломер, у своїй подовжується життя клітини. Клітини, у яких функціонує теломераза (статеві, ракові), безсмертні. У звичайних (соматичних) клітинах, з яких в основному і складається організм, теломераза "не працює", тому теломери при кожному розподілі клітини коротшають, що в кінцевому підсумку призводить до її загибелі в межах ліміту Хейфліка, тому що інший фермент - ДНК-полімераза не здатний реплікувати кінці молекул ДНК.

В даний час запропоновано епігенетичну теорію старіння, яка пояснює ерозію теломер насамперед активністю клітинних рекомбіназ, що активізуються у відповідь на пошкодження ДНК, спричинені, головним чином, віковою депресією мобільних елементів геному. Коли після певного числа поділів теломери зникають зовсім, клітина завмирає у певній стадії клітинного циклу або запускає програму апоптозу - відкритого у другій половині 20 століття явища плавного руйнування клітини, що проявляється у зменшенні розміру клітини та мінімізації кількості речовини, що потрапляє у міжклітинний простір після її руйнування.

Існування методик із стовбуровими клітинами деякими дослідниками, наприклад, професором С. В. Савельєвим, піддається сумніву. Є думка, що це просто ідеологічне обґрунтування існування високоприбуткової індустрії з підтримки пацієнтів у стані коми-2, щоб був аргумент для родичів пацієнта про можливість його реабілітації.