3
9431

"Арестованные" клетки

Компас посвящен клеточному старению, связанному с остановкой клеточного цикла. В основном мы коснемся вопросов, связанных со старением клеток соединительной ткани, т.к. она входит в состав всех органов и систем и выполняет огромное количество функций, влияя на все остальные ткани.

на сайте с 27 августа 2008

Что такое "арестованные" клетки?

клетка Арестованные клетки- это клетки, которые остановились на различных этапах клеточного цикла. Почему они останавливаются? По разным причинам, например, воздействие различных химических агентов, токсинов бактерий и других организмов, достижение лимита Хейфлика или дефект центросом и др. Арест клеточного цикла возникает и в процессе старения, вместо ареста или после него клетка может войти в процесс апоптоза. При устранении неблагоприятных условий, клетка снова может войти в клеточный цикл. При остановке клеточного цикла клетка и перестает делиться, хотя может выполнять свои функции полностью или частично.

Клеточный цикл. Клеточный цикл эукариот состоит из интерфазы, во время которой идет синтез ДНК и белков и осуществляется подготовка к делению клетки и собственно само деление клетки, митоз. Интерфаза состоит из нескольких периодов: G1-фазы начального роста, во время которой идет синтез мРНК, белков, других клеточных компонентов, S-фазы (синтетической фазы), во время которой идет удвоение молекул ДНК и G2-фазы во время которой идет подготовка к митозу. У дифференцировавшихся клеток, которые более не делятся в жизненном цикле может отсутствовать G1 фаза. Такие клетки находятся в фазе покоя G0.
Контрольные точки. Согласно этапам клеточного цикла располагаются "контрольные точки" (chekpoints), задача которых-предотвратить деление клетки с поврежденной ДНК, что привело бы к митотической катастрофе (тип гибели клеток в митозе), либо к генетической нестабильности клеток- потомков и раку. Точка G1/S предотвращает удвоение поврежденной ДНК, точка G2/M не дает вступить поврежденной клетке в митоз. Контрольная точка веретена (spindle chekpoint)- останавливает митоз при повреждении хромосом.


Остановка клеточного цикла. Остановка цикла не только не дает поделиться поврежденной клетке, но и предоставляет время для протекания репарационных и время для решения втупать ли в апоптоз. В контрольных точках запускаются несколько процессов- сначала распознавание поврежденной ДНК (контролируется генами
ATM, PARP, CHK1, CHK2, DNA-PK, KU70, KU86), остановка клеточного цикла (контролируется генами p53 и Rb, и ингибиторами циклин-зависимых киназ p21, p16, ARF, p27), репарация ДНК (контролируется p53, GADD45 и генами ферментов разных видов репарации ДНК), в случае невозможности репарировать повреждения – апоптоз (контролируется генами p53, Bax).

Остановка клеточного цикла бывает нескольких типов. Наиболее частый случай - если повреждение легко устранимо, клетка репарируется и продолжает делиться, остановка цикла кратковременная. Второй случай – когда клетка в результате нормального развития переходит в фазу покоя (G0), функционирует, но уже не делится (терминально дифференцированные клетки). Если повреждения неустранимы (терминально укороченные теломеры, множественные блоки репликационных вилок, нерепарированные двуцепочечны разрывы), то клетка уходит в апоптоз либо необратимую форму остановки клеточного цикла – клеточное старение (senescence).

Необратимая остановка цикла (клеточное старение) подразделяется на два варианта: репликативное старение (как правило, наблюдается у делящихся соматических клеток с терминально укороченными хромосомами, р21-зависимый процесс; впервые обнаружено в культурах клеток Леонардом Хейфликом) и стресс-индуцированное (SIPS, у подвергнутых длительному оксидативному стрессу делящихся
дифференцированных и стволовых клеток, р16-зависимый процесс).

Клеточный цикл может остановится на любой стадии- это зависит от самих клеток и причины остановки. Арестованные клетки живы, но могут войти в апоптоз.

Арест клеточного цикла и клеточное старение

Biogerontology Laboratory, ANZAC Research Institute Клеточное старение представляет собой ответ клетки на стресс и последствие многократного деления. Возникает арест клеточного цикла и неправильная экспрессия генов с развитием провоспалительного режима. Лучше всего изменения, связанные со старением, понятны на молекулярном уровне. Уже много раз говорилось о том, что клеточное старение-это противоопухолевый механизм, провоцирующий старение организма в целом и возникновение возраст-ассоциированных заболеваний через нарушение экспрессии генов и межклеточных сигналов. Также клеточное старение проявляется в ремоделировании тканей, заживлении ран и инфекционных процессах. Огромную роль в этих процессах играет оксидативный стресс, NAD(P)H-оксидазы и внутриклеточный баланс GSH/GSSG. Исследованием клеточного старения занимаются в Лаборатории биогеронтологии ANZAC Research Institute.
Недавние исследования показали, что старение и поведение стареющих клеток могут быть подвергнуты терапевтическому воздействию. Процесс старения становится все более и более понятным и встает проблема модуляции негативных эффектов клеточного старения без увеличения риска других заболеваний, таких как рак. С выяснением связи ареста клеточного цикла и клеточного старения, эта модуляция может стать достижимой.(статья)

Липидный обмен в "арестованных" фибробластах

R. Ariel Igal, M.D., Ph.D Нормальные человеческие клетки в культуре прогрессивно теряют свою способность к репликации, необратимому аресту клеточного цикла- репликативному старению, о котором мы говорили выше. Клеточное старение (senescence) связано со старением на организменном уровне (aging) и представляет собой огромный противоопухолевый механизм. До сих пор неизвестны многие аспекты клеточного старения, очень мало известно о регуляции синтеза липидов в процессе старения. Ученые из The State University of New Jersey Maeda M, Scaglia N и Igal RA провели исследование этого вопроса (статья). С помощью иммуноблоттинга и использования радиоактивной метки они исследовали изменения в основных путях синтеза липидов. Выяснено, что уровень синтазы жирных кислот и стерол-КоА-десатуразы-1, и в результате этого, в старых клетках образование мононенасыщенных жирных кислот значительно снижено по сравнению с молодыми пролиферирующими фибробластами. Кроме того, было обнаружено снижение de novo синтеза фосфолипидов с сопутствующим повышением образования холестерола в стареющих клетках, по сравнению с молодыми фибробластами. Также, было обнаружено, что экзогенные жирные кислоты преимущественно встраиваются в триацилглицероловый пул стареющих клеток.
Выводы: В стареющих клетках происходят значительные изменения липидного обмена, в основном в синтезе жирных кислот и десатурации, вызванные процессом старения.

Репрессия протеаз Senp индуцирует преждевременное старение фибробластов

Daniel DiMaio Длительность пролиферации нормальных человеческих клеток в культуре терминируется, как мы уже выяснили, арестом клеточного цикла. Ученые из Департамента Генетики  Yale University School of Medicine под руководством Daniel DiMaio провели исследование, в котором с помощью РНК- интерференции подавлялись гены, кодирующие small ubiquitin-related modifier (SUMO)-специфичные протеазы Senp1, Senp2 и Senp7, что провоцировало ускоренное старение фибробластов (статья). В организме Senp участвуют в модификации синтезированного SUMO. Белки SUMO прикрепляются к другим белкам и участвуют во многих процессах- внутриклеточном транспорте, регуляции транскрипции, апоптозе, ответе на стресс и прохождении клеточного цикла.
Результатом репрессии Senp стало увеличение уровня сумоилированных белков, а также числа и размера SUMO- содержащих телец, характерных для острого промиелобластного лейкоза (PML). Увеличение SUMO/PML-телец встречается при репликативном старении.
Транскрипционная активность p53 была усилена по отношению к известным мишеням p53 в след за репрессией Senp, ингибирование p53 предотвращает старение после репрессии Senp.
Все эти данные свидетельствуют о том, что репрессия Senp1 индуцирует p53 опосредованное преждевременное старение и эти SUMO- специфичные протеазы участвуют в нормальной пролиферации клеток. Таким образом, арест клеточного цикла может быть связан с этими протеазами, т.к. они влияют на ключевой белок регуляции клеточного цикла p53.

Онковирусы и арест клеточного цикла

Chou-Zen Giam, Ph.D. На время отвлечемся от соединительной ткани и обратимся к клеткам иммунной системы. 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 (статья). 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 асоциированны 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.

В связи с этим возникает вопрос- если онковирусы вызывают старение клеток иммунной системы, то могут ли они вызывать старение и других клеток, в том числе и клеток соединительной ткани?

А что произойдет, если "арестованную" клетку стимулировать?

Mikhail Blagosklonny, M.D., Ph.D. Этим вопросом задался Михаил Благосклонный (Mikhail Blagosklonny) из Ordway Research Institute, Albany, проведший исследование совместно с Demidenko ZN из Oncotarget, Elmsford, New York. Они проверили гипотезу о том, что активация сигналлинговых путей ростовых факторов задействована в процессе клеточного старения (статья). В присутствии сыворотки, индукция p21 вызывала старение, характеризующееся окрашиванием бета- галактозидазой, гипертрофией клеток, возрастанием уровня циклина D1 и активацией TOR (мишень рапамицина, также известная как mTOR). Отсутствие сыворотки и ингибирование TOR рапамицином предотвращало появление некоторых маркеров старения, несмотря на высокий уровень p21 и арест клеточного цикла. В присутствии сыворотки p21- арестованные клетки необратимо теряли пролиферативный потенциал. Для сравнения, когда клетки "арестовывали" p21 в отсутствии сыворотки, они сохраняли способность к возобновлению пролиферации пока действие p21 терминировано. В нормальных человеческих клетках, таких как WI38 (название клеточной линии) фибробласты и пигментный эпителий сетчатки (RPE), отсутствие сыворотки провоцировало состояние покоя, характеризующееся низким уровнем циклина D1, инактивацией TOR и уменьшением клеток. Для сравнения, клеточное старение с высоким уровнем активности TOR индуцировалось доксорубицином (DOX), повреждающим ДНК агентом, в присутствии сыворотки. Ингибирование TOR также предотвращает старение, вызванное DOX. Соответственно, стимуляция роста в сочетании с арестом клеточного цикла провоцирует старение, в то время как состояние покоя (инактивация TOR)предотвращает старение. Возможно это поможет глубже понять процесс клеточного старения и найти точки влияния на него с целью разработки методов борьбы со старением.

Стареющие фибробласты могу вызывать старение и других клеток?

John Sedivy, PHD Все клетки организма продуцируют специфические вещества-цитокины,
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 все остальные 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. Необходимо вспомнить, что цитокины- это молекулы, управляющие клеточным циклом-они могут запускать или останавливать деление, запускать или останавливать дифференцировку и др. 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.

Особенности секреции стареющих клеток

judith Campisi Клеточное старение подавляет возникновение рака через арест пролиферации в ответ на онкогенные стимулы, в том числе и генотоксичный стресс. И исследованием этой проблемы, как мы уже выяснили, занимаются многие и многие ученые по всему миру. Недавно группа ученых провела работу по исследованию особенностей секреции стареющих клеток (статья), т.к. с помощью секреции различных регуляторных веществ стареющие клетки могут влиять на другие клетки, запуская их старение (об этом мы говорили выше). Среди этих ученых профессор Джудит Камписи (Judith Campisi), знаменитый геронтолог, биохимик, молекулярный и клеточный биолог, сотрудник The Life Sciences Division, Berkley и Buck Institute for Age Research.
В данной работе ученые модифицировали методы с применением антител, таким образом, чтобы количественно определить факторы, секретируемые стареющими клетками. Было показано, что человеческие клетки, стареющие из-за генотоксического стресса, секретируют мириады факторов, связанных с воспалением и малегнизацией (озлокачествлением). Этот секреторный фенотип, ассоциированный со старением (senescence-associated secretory phenotype (SASP)) развивается медленно в течение нескольких дней после повреждения ДНК агентом достаточной для запуска старения силы (напомним, что речь идет о клетках в культуре). Интересно, что сходный SASP развивался и в нормальных фибробластах, и в нормальном эпителии, и в раковых эпителиальных клетках после генотоксического стресса в культуре, а также in vivo в раковых эпителиальных клетках после лечения пациентов с раком простаты ДНК-повреждающими средствами (химиотерапия). В культивируемых эпителиальных клетках SASP индуцировал эпителиально- мезенхимальный переход и спсобность к инвазии, признаки озлокачествления, с помощью паракринного механизма большей частью связанного с интерлейкинами 6 и 8.
С развитием SASP связаны онкогенная экспрессия RAS, вызывающего генотоксичный стресс и старение в нормальных клетках, и потеря онкосупрессора p53. Все это также обостряет паракринные воздействия SASP.
Эти данные наглядно показывают центральный механизм старения вследствие генотоксичного стресса, а, кроме того, взаимосвязанные подавление p53 и активацию RAS, что приводит к развитию возраст-ассоциированного рака из-за изменений тканевого микроокружения.

В заключение

Клеточное старение и как одна из его черт-арест клеточного цикла-очень важны в процессе старения всего организма. Сейчас это ключевая тема для исследований по всему миру. И это замечательно, потому что такие исследования помогут разобраться в глубинных механизмах и победить старение. Что касается вопросов к исследователям, то можно лишь повторить главные вопросы, которые мы задавали в первом компасе о клеточном старении.
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?

Эти вопросы на сегодняшний день являются главными.

13 декабря 2008 года.

Комментарии

29 марта 2012 в 20:04
 
Геронтология высшего класса! Диагностика или другие манипуляции как предмет научного исследования. В этой сфере могу помочь через pr-avp@mail.ru - диссертацию докторскую или кандидатскую создам на заказ без посредников по устному договору на высшем уровне – медицина, биология, экология, социальная медицина, социология, безопасность. Содействие в публикациях, участие в процедуре защиты. Доктор наук, профессор.
29 марта 2012 в 21:54
 
Сайт очень хороший. Вызывает удовлетворение и восхищение. Очень правильный, но не совсем... Дело в том, что его ориентация такая: найти лекарство против старения и тогда наступит вселенское счастье! - Как бы не так. Есть контр-явление, которое уничтожит все достижения ученых, точнее устранит их эффективность. Что это за такое мощное явление? - Химически загрязнённая пища. Благодаря ей, за годы перестройки (а именно в ней появилась эта пища) появилась уйма неслыханных ранее болезней, дефектов и уродств - жуткие аллергии, белокровие, пороки,
29 марта 2012 в 22:26
 
... случайно прервалось. Продолжаю: разного вида рак и т.д. Сейчас контра у власти, т.е. буржуи. Это они ликвидировали санитарно-гигиеническую службу страны - ту прекрасную самозащиту народа, которую сотворил социализм. Сначала санэпидстанции превратили в центры санэпиднадзора (чтобы только присматривали, мало что предпринимая); затем и их ликвидировали - разделили натрое и появился смехотворный потребнадзор, ни на что не способный. В частности потому что запретили проверять буржуев-бизнесменов чаще, чем раз в 3 года! Эти бизнесмены-лихоимцы ради выгоды отравят не только народ, но и мать родную. А правительство ихнее буржуйское всё делает им в угоду.А частная собственность и нечестные богатства дают основу для взяточничества - роспотребнадзор за взятки разрешает любую пищу в продажу. Даже явно ядовитую. Её химия выжигает и извращает гены и всё прочее в организмах, особенно у детей и эмбрионов. ВЫВОДЫ: нашему народу противопоказана частная собственность - от неё народ дуреет, становится алчным и подлым... Надо вернуть строгий санитарно-гигиенический контроль продуктов и качества среды. Так дальше нельзя. Что толку от геронтологии и лекарств от старения, если дети будут почти все, а затем все, больными уродами? - Задумайтесь!

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями

Share on Twitter