М. Канунго - Биохимия старения

Возникает вопрос, действительно ли те клетки, которые сохраняют способность делиться в течение всей жизни, не стареют? Действительно ли они обновляются всякий раз, когда делятся? Можно ли считать две дочерние клетки полностью идентичными не только в отношении содержания ДНК, но и родительских органелл? Известно, что во время созревания сперматиды наблюдается неадекватное деление.

Вернет [3] предположил, что клетки одного типа могут быть более ответственны за старение, чем другие. По его мнению клетки тимуса и тимус-зависимые клетки, которые подвержены ослаблению пролиферации по типу фазы III, определяют темп старения. Вернет — сторонник той точки зрения, что изменения в этих клетках ответственны за аутоиммунные заболевания, которые чаще встречаются в пожилом возрасте. Эта концепция основана на представлении, что причиной старения являются соматические мутации, однако доказательств для нее пока нет.

Если старение — внутреннее свойство клеток, тогда оно должно быть присуще и одноклеточным организмам. Амебы проходят ограниченное число делений и живут ограниченное время, если их содержать на неполноценном рационе. Они продолжают расти и размножаться непрерывно только в том случае, если питание обильно, чего обычно не бывает в естественных условиях [38]. Многие клоны парамеций [46, 47] и аскомицетов [41] имеют ограниченную пролиферативную активность.

Клетки некоторых типов стареют in vivo после немногочисленных делений, другие — после большого числа делений. Различия зависят от степени дифференцировки клеток, их окружения и питания. Ограниченная жизнеспособность клеток может быть следствием снижения функциональной активности и старения организма в целом. Нельзя ли избежать старения и надолго сохранить клетки живыми путем переноса их молодому хозяину? Вместе с тем, если клетки организма постоянно замещать клетками более молодого индивидуума, не сделает ли это его жизнь более продолжительной или бесконечной? Трансплантация клеток молодому хозяину обеспечивает им естественное физиологическое окружение, которое нельзя создать при культивировании вне организма. Поэтому опыты по трансплантации позволяют отчасти отклонить упреки по поводу неестественного окружения клетки при культивирований in vitro и неприменимости полученных этим способом результатов к процессу старения организма.

Старение клеток in vivo

Ранние работы по старению клеток in vivo были проведены на интактных объектах. Уайтли и Хортом [50] нашли, что число митотических фигур на единицу поверхности клеток эпидермиса уха мыши составило 30, 15 и 2–6 в возрасте 9 дней, 3 дней и 33–36 мес (старые мыши) соответственно. Трашер и Гройлих [49], изучая радиоавтографически пролиферативную активность клеток двенадцатиперстной кишки мышей в возрасте 10, 30–70, 380–390 и 579–638 дней (старые мыши), обнаружили, что продолжительность клеточного цикла с возрастом увеличивается (табл. 8.3). Преимущественно увеличивалась продолжительность G 1-фазы, тогда как фаза синтеза ДНК (S-фаза) не изменялась. Эти исследования ясно показывают, что, хотя клетки некоторых типов сохраняют способность к пролиферации вплоть до очень старого возраста, их активность существенно снижается.

Таблица 8.3 . Время митотического цикла клеток обкладочного эпителия крипт тонкого кишечника мышей линии BCF 1в различном возрасте [2]

1)TC, TG1, TS, TG2 и ТM — соответственно продолжительность (в часах) клеточного цикла, фаз G1, S, G2 и митоза.

Такое явление, как смерть клетки, встречается не только в старческом возрасте или в фазе III при культивировании, клетки гибнут и в период раннего развития. Жабры и хвост головастика, предпочка и первичная почка высших позвоночных элиминируются в период раннего развития вследствие отмирания клеток этих органов [42]. Образование и формирование пальцев конечностей у позвоночных также сопровождается процессами гибели и резорбции клеток [51]. При метаморфозе, т. е. превращении личинки насекомого во взрослую особь, наблюдается массовое отмирание клеток органов личинки. Следовательно, гибель клеток в период развития необходима для образования совершенных и функционально активных органов взрослых особей, она своевременна и наступает на соответствующих стадиях развития, т. е. и здесь однажды сформированные клетки стареют и умирают.

Старение клеток после трансплантации

У насекомых с полным превращением, например у дрозофилы, на определенных участках эмбриона расположены группы специализированных клеток — имагинальные диски. Клетки каждого диска предназначены для дифференцировки специфического типа, т. е. превращения в определенный орган. Когда имагинальный диск эмбриона пересаживают в полость тела личинки того же вида, эти клетки пролиферируют, но остаются в недифференцированном состоянии до образования куколки. В период окукливания они дифференцируются и превращаются в определенную структуру. После дифференцировки эти клетки не пролиферируют. Если же имагинальный диск пересадить в тело взрослой особи того же вида, то клетки диска делятся, но не дифференцируются до конца жизни хозяина. Если диск извлечь в любом периоде жизни хозяина, разделить на фрагменты и пересадить взрослым особям, то клетки продолжают делиться у реципиента, не дифференцируясь. Используя метод серийных трансплантаций, Хейдорн [20] показал, что клетки имагинального диска сохраняют пролиферативную активность длительное время, во много раз превышающее максимальную продолжительность жизни насекомого. Эти исследования доказали, что, по крайней мере у насекомых, клетки пролиферируют в определенных условиях в течение времени, которое существенно больше продолжительности жизни хозяина. Однако неизвестно, замедляется ли постепенно пролиферативная активность или нет. Имагинальные диски имеются только у насекомых; так как у позвоночных сравнимые эмбриональные структуры отсутствуют, значение этих исследований для старения высших животных остается проблематичным.

С целью изучения процессов старения клеток и тканей производили пересадку тканей мышей одного возраста реципиенту (хозяину) другого возраста. Эти исследования выполнялись на инбредных и сингенных мышах, чтобы по возможности избежать несовместимости тканей. Крои [31, 32] серийно пересаживал кожу тела, уха и хвоста мышей-родителей молодым гибридам F 1. Когда хозяин F 1старел, трансплантаты отделяли и пересаживали мышам F 2. Такие последовательные переносы лоскутов кожи показали, что ее жизнеспособность и пролиферативный потенциал клеток сохраняются в течение 7–8 лет, что значительно превышает продолжительность жизни мыши. Однако после 5–6 пассажей трансплантат уменьшался в размере, с каждым последующим переносом пролиферация клеток снижалась и в конце концов ткань дегенерировала. Можно сделать вывод, что клетки сохраняют свою жизнеспособность в течение времени, превышающего продолжительность жизни хозяина, а ограничение пролиферативной активности зависит от условий внеклеточного окружения.