Nešvarių ekskavatorių ląstelės nėra tokios patys kaip pelių ląstelės • Polina Loseva • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Zoologija, genetika

Būrių narvelių amžinai ne taip, kaip narvų pelių

Pav. 1. Bare Diggers (Naked mole rat, Heterocephalus glaber) – labai neįprasti gyvūnai: palyginti su kitais graužikais, jie gyvena daug ilgiau, turi sudėtingą socialinio gyvenimo struktūrą, žemą kūno temperatūrą ir kitas fiziologines savybes, taip pat gali nejausti kai kurių rūpesčių. Nuotrauka iš flickr.com

Bare digeriai dažnai vadinami "gyvūnais, kurių amžius nėra". Naujausio straipsnio autoriai žurnale PNAS nustatė, kad atskiros šių gyvūnų ląstelės gana gali senėti. Bet netgi esant stresui, jie tampa ekonomiškesni ir saugesni nei kiaušidžių ląstelės.

Bare Diggers (Heterocephalus glaberryžiai 1) gyvena apie 10 kartų ilgiau nei jų tolimieji giminaičiai – pelės ir žiurkės. Nors standartinės laboratorinėse sąlygose veikiančios pelės geriausiai gyvena iki 3 metų, ekskavatoriai gali gyventi daugiau nei 30. Taip pat yra įtarimų, kad jie praktiškai nėra subrendę. Daugelis požymių, būdingų tik naujagimiui, gali būti pastebėti kasyklose visame ar beveik visą gyvenimą. Tai yra viršelio nebuvimas, nedidelis (lyginant su kitais ekskavatoriais) dydis ir seksualinė nejautra (ekskavatoriai bręsta gana vėlai), taip pat kai kurių fermentų darbas, nestabili kūno temperatūra ir aktyvus naujų smegenų neuronų susidarymas.Kartu šie požymiai rodo neoteniją, tai yra lėtesnę plėtrą, kurioje organizmasapieDauguma gyvenimo iš esmės yra "vaikas", bet veikia kaip suaugęs (žr. V. P. Skulachev ir kt., 2017. Neotenai, "Jaunimo pratęsimas": nuo naktinių žiurkių iki "naktinių obuolių" (žmonės)). Galiausiai žinoma, kad vyrų ekskavatoriai amžiaus nesikeičia įprastu šio žodžio prasme. Bent jau jie labai retai miršta nuo "senų" ligų – vėžio, širdies ir kraujagyslių ligų bei neurodegeneracijos (žr. "Kas yra" plika "ir" plika beždžionės "? Elementai, 2017 m. Kovo 6 d.). Ar tai reiškia, kad jų senėjimo mechanizmai visiškai išjungiami?

Straipsnio autoriai žurnale PNAS jie patikrino, ar buvo galima rasti bent jau kai kurių senėjimo elementų plūstančiose ekskavatoriuose. Griežtai tariant, atsakymas į šį klausimą priklauso nuo to, ką reiškia "senėjimas". Jei mes vertiname organizmą kaip visumą, dažnai senėjimas reiškia mirtingumo padidėjimą su amžiumi: reguliarumas pasireiškia po tam tikro amţiaus: kuo vyresni organizmas, tuo labiau tikėtina, kad jis mirs (nėra tokio reguliaraus vaiko ir reprodukcinio amžiaus). Šiuo požiūriu senyvo amžiaus ekspeditoriai nėra jautrūs (žr. J. G. Ruby ir kt., 2018.Nutukusių moliuskų ir žiurkių mirtingumo rodikliai, nepaisant gomperzijos įstatymų, nesukeliant amžiaus). Bet jei atsidursite į atskirų ląstelių lygį, tada senatvės kriterijai tampa daug mažiau akivaizdūs. Nei mirtingumo rodiklis (ne kiekviena mirštanti kūno ląstelė yra seni), nei gebėjimas dauginti (netgi naujagimio organizmas yra toli nuo visų ląstelių), nei "ligų" (pvz., Vėžio ląstelėse yra "klaidų" ir neveikia kaip įprasta, tačiau tuo pačiu metu jie aktyviai dalijami ir nėra panašūs į senus).

Neabejotinai senosios ląstelės apibrėžimas vis dar nėra. Cellular senėjimas yra fiziologinė būsena, kurioje ląstelė nesidalija, nediferencijuoja ir nekeičia jo metabolizmo. Šiuo metu senų ląstelių aptikimui yra du būdai.

Pirmasis yra β-galaktozidazės (β-galaktozidazės) dažymas. Šis fermentas skaido cukrų interselinio virškinimo procese. Paprastai ji aktyviai veikia neutraliomis rūgštingumo vertėmis ir dirba prastai rūgštinėje aplinkoje. Tačiau vykstant senėjimui ląstelė pradeda gaminti didelius kiekius, todėl net ir rūgštinėje aplinkoje gali būti nustatyta jo aktyvumas (žr. Su agresija susijusią beta-galaktozidazę). Norėdami tai padaryti, ląstelės apdorojamos dažų pirmtaku, kuris po purškimo su β-galaktozidaze tampa mėlynas (žr. G. P.Dimri et al., 1995. Biomarker, identifikuojantis odos ląsteles in vivo).

Antrasis metodas yra tyrimas, ką ląstelė išleidžia į aplinką. Senosioms ląstelėms būdingas specialus sekretuotų baltymų rinkinys – SASP (Senescence-associated secretory phenotype). Tai apima, be kita ko, prouždegiminius baltymus, metaloproteinazes (skilimo tarpterminę medžiagą) ir augimo faktorius (skatina kitų ląstelių suskaidymą). Per šias medžiagas senoji ląstelė veikia aplinką: ji verčia tuos, kurie vis dar sugeba išskirstyti ir pritraukti imuniteto ląsteles, kad būtų pašalintos pažeistos ląstelės (įskaitant patys) ir tarpelementinės medžiagos elementai. SASP baltymų paieška yra sudėtingesnė nei dažymas, tačiau rezultatas yra tikslesnis.

Ląstelių senėjimo priežastys vis dar prieštaringos. Galima išskirti bent keturis nepriklausomus mechanizmus (2 pav.):
1) pakartotinis senėjimas (reprodukcinis senėjimas). Su kiekvienu ląstelių dalijimu, tai neišvengiamai telomerai sutrumpina – galines chromosomų dalis. Jie patys savaime neturi genetinės informacijos, bet yra balasto, saugančio "didelę" chromosomos dalį. Tačiau kuo trumpesnis telomeras, tuo didesnis pavojus prarasti genetinę informaciją.Todėl, kai telomeras pasiekia tam tikrą ilgį, ląstelių ciklas sustoja ir dalinimas nebeveiks.
2) streso sukeltas senėjimas (SIPS, priešlaikinis streso sukeltas senėjimas). Mitochondrijų ląstelių kvėpavimo procese molekulės formuojamos su trūkstamais arba be elektronų laisvųjų radikalų. Tai natūralus procesas, kurį ląstelė paprastai reguliuoja antioksidantų pagalba – medžiagomis, neutralizuojančiomis radikalus. Bet kartais jie sugeba iš mitochondrijų patekti į citoplazmą arba net patekti į ląstelių branduolį, kur jie sugadina makromolekules, įskaitant baltymus ir DNR. Kuo senesnė ląstelė, tuo daugiau tokios žalos kaupiasi. Tuo pat metu pradeda veikti DNR remonto (taisymo) baltymai. Kai klaidos signalai DNR tampa gana daug, baltymų remontas sustabdo ląstelių ciklą. Tai laisvosios radikalios senėjimo teorija. Esant streso veiksniams (badavimui, spinduliams, toksinams), radikalų skaičius didėja, išsivysto oksidacinis stresas. Jei jis pakankamai stiprus, ląstelė gali seniai seniai augti.
3) Onkogeno sukeltas senėjimas (onkogeno sukeltas senėjimas). Yra nuomonėkad ląstelių senėjimas yra ne tik žalos kaupimo šalutinis poveikis, bet ir apsauginis mechanizmas. Kai įprastinė ląstelė virsta vėžio ląstelėmis, pradiniame etape procesas vis tiek gali būti sustabdytas. Kai genas, siejamas su navikais, pradeda veikti (pavyzdžiui, Ras), senėjimo programa prasideda lygiagrečiai. Ir jei nėra genų, kurie sustabdo ląstelių ciklą, mutacija, tai išsaugo kūną nuo naujo naviko. Todėl priešlaikinį senėjimą ląstelėse galima suaktyvinti Ras arba kiti onkogenai (žr. M. Serrano ir kt., 1997. Oncogenic Ras Nustato priešlaikinę ląstelių patologiją, susietą su p53 ir p16 kaupimuINK4a).
4) Programuojamas senėjimas (vystymosi senėjimas). Kai kuriuose embrionų vystymosi etapuose dalis ląstelių masės miršta (pavyzdžiui, ertmės formavimui ar audinių rekonstrukcijai). Tuo pačiu metu "pasmerktos" ląstelės nustoja dalintis ir pradėti senėjimo programą. Šis procesas nepriklauso nuo telomerų ilgio, nei nuo streso lygio. Manoma, kad evoliuciją lėmė streso sukeltas senėjimas (žr. D. Muñoz-Espin ir kt., 2013. Programuojamas ląstelių senėjimas žinduolių embriono vystymosi metu).

Pav. 2 Būtinybė augti, DNR pažeidimai ir onkogenai sukelia užprogramuotą, streso sukeltą ir onkogeno sukeltą senėjimą atitinkamai tiek nuogi kasyklose, tiek pelėse. Vaizdas iš straipsnio diskusijoje PNAS

Dar visai neseniai buvo žinoma, kad plūstantiems ekskavatoriams netaikomas reprodukcinis senėjimas. Kaip ir kiti smulkieji graužikai, telomerazė veikia jų ląstelėse – fermentą, kuris kaupia telomerus. Žmonėms telomerazė veikia tik embrioninėse ir kamieninėse ląstelėse, brandintose ląstelėse jos genas išjungiamas. Tačiau čia išskirti ekskavatoriai. Jų genomo seka parodė, kad genai, koduojantys jų telomerazę ir su ja susijusius baltymus, labai skiriasi nuo panašių kitų graužikų genų. Tai rodo, kad ekskavatorių telomerazė buvo veikiama atrankos metu ir dabar, tikriausiai, dirba efektyviau nei jų tolimieji giminaičiai (žr. "Naked Digger" genomą – ilgaamžiškumo paslaptį raktas ", Elements, 11.11.2011). Kalbant apie kitus ląstelių senėjimo mechanizmus, apie juos nebuvo žinoma. Mes galime tik manyti, kad ekskavatoriai yra mažiau linkę susidurti su oksidaciniu stresu, nes jie gyvena siaurame pogrindiniame kanale ir yra mažiau veikiami deguonies ir saulės spindulių (pirmasis prisideda prie radikalų kaupimosi ląstelėje, o antrame – ultravioletinių spindulių, kurie žaloja DNR).

Aptariamo straipsnio autoriai kruopščiai patikrino, ar nėra išsaugotų senėjimo mechanizmų. Pirmas dalykas, kuris jiems domina, buvo suplanuotas senėjimas, kaip senovinis mechanizmas. Norint nustatyti, jie nudažė naujuosius nuogus ekskavatorius ir savo organų histologinius preparatus su β-galaktozidazėmis (3 pav.). Jis buvo rastas ne tik pelių – kaulų čiulpų ir kaukolių – srityse, bet ir odoje bei plaukų folikuluose. Autoriai mano, kad šis faktas gali paaiškinti, kaip vyrų kasintuvai sugebėjo atsikratyti plaukų – senėjimo ir nesidalijančių folikulų ląstelių pagalba.

Pav. 3. Β-galaktozidazės dažymo rezultatai. A – plika ekskavatoriaus pirštai ir oda. In – pirštų pjūviai ir padidintos nagų lovos ploto nuotraukos. Su – supjaustyti ir išplėsti odos vaizdus (kairėje) ir plaukų folikulus. Visose nuotraukose, zonose ar atskirose mėlynose spalvotose kampanijose matomos – tai senųjų ląstelių ženklas. Vaizdas iš straipsnio diskusijoje PNAS

Tada autoriai bandė skatinti embrioninių audinių ir ekskavatorių odos fibroblastų kultūroje sukeltą onkogeno sukeltą senėjimą. Jie aktyvino genų ekspresiją ląstelėse Ras, laukė 12 dienų, o vėliau vėl nudažo β-galaktozidazę (4 pav.). Atsižvelgiant į mėlynųjų ląstelių skaičių fotografijose, taip pat įmanoma, kad šis ekskavatorių senėjimo mechanizmas taip pat įmanomas.

Pav. 4 Fibroblasto kultūros β-galaktozidazės fiksavimo rezultatai. A – mikrographs. Aukščiausio lygio nuotraukos – kontrolė, mažesnis – ląstelės po 12 dienų nuo onkogeno operacijos Ras. In – teigiamai nudažytų ląstelių procentas. Baltieji barai – prieš ekspoziciją juoda – po. Iš kairės į dešinę: pelių embrionų fibroblastai (MEF), pelių odos fibroblastai (MSF), ekskavatoriniai embrioniniai fibroblastai (NEF), ekskavatoriaus odos fibroblastai (NSF). Vaizdas iš straipsnio diskusijoje PNAS

Kitas eilutėje buvo streso sukeltas senėjimas. Straipsnio autoriai pasirinko gama spinduliuotę kaip streso veiksnį. Jie apšvitino ląsteles su mažomis (10 Gy) ir stipresnėmis (20 Gy) dozėmis, o vėliau vėl nudažo β-galaktozidazę ir išmatavo apoptozės lygį (5 pav.). Paaiškėjo, kad šis senstantis ląstelių plikasis ekskavatoriaus poveikis. Tačiau 10 Gy dozė buvo nepakankama, kad sukeltų reikšmingą reakciją: užtruks 20 Gy, kad ekskavatoriaus ląstelių reakcija būtų panaši į pelių ląstelių atsaką tuo pačiu spinduliuote.Tuo pat metu įdomu pastebėti, kad apeptozė (užprogramuota ląstelių mirtis) ekskavatoriaus ląstelėse neprasidėjo, o pelių ląstelėms tai buvo būdingas atsakas į sunkų stresą.

Pav. 5 Pelės ir fibroblasto fibroblastų apšvitinimo eksperimentas gama spinduliuote. A – β-galaktozidazės dažymo rezultatai. Aukščiausio lygio nuotraukos – kontrolė, vidurkis – švitinimas su doze 10 Gy, mažesnis – 20 Gy apšvitos dozė. In – teigiamai nudažytų ląstelių procentas. F – apoptozių (miršiančių) ląstelių procentas kultūroje. Baltieji barai – kontrolė, pilka – 10 Gy dozė, juoda – 20 gr. Iš kairės į dešinę: pelių embrionų fibroblastai (MEF), pelių odos fibroblastai (MSF), ekskavatoriniai embrioniniai fibroblastai (NEF), ekskavatoriaus odos fibroblastai (NSF). Vaizdas iš straipsnio diskusijoje PNAS

Norėdami patikrinti, ar spinduliai vienodai pažeidžia pelės ir diggerio DNR, straipsnio autoriai naudojo kometos DNR metodą. Po apšvitinimo DNR ląstelėse dažomos ir ląstelių membranos sunaikinamos. Tuomet DNR yra priversta judėti elektriniame lauke. Jei radiacija pažeista DNR, joje pasirodys spragos. Tuo pačiu metu formuojasi skirtingų ilgių fragmentai, formuojantys "kometos uodegą" judėdami elektriniame lauke (6 pav.). Paaiškėjo, kad DNR yra vienodai pažeista tiek kasėjose, tiek pelėse.Tai reiškia, kad jie skiriasi ne nuo pasipriešinimo stresui laipsnio, bet ir nuo jo. Tiek tie, tiek kiti pradeda senėjimo programą, tačiau, skirtingai nuo pelių ląstelių, ekskavatorių ląstelės neperduoda į užprogramuotą mirtį.

Pav. 6 DNR kometų metodas yra pelės ir atviros ekskavatoriaus ląstelėse. Žalia dažytos DNR. Iš kairės į dešinę: kontrolė, švitinimas 10 Gy doze, apšvitinimas 20 Gy doze. Iš viršaus į apačią: pelių embrionų fibroblastai (MEF), pelių odos fibroblastai (MSF), ekskavatoriniai embrioniniai fibroblastai (NEF), ekskavatoriaus odos fibroblastai (NSF). Vaizdas iš straipsnio diskusijoje PNAS

Galiausiai, straipsnio autoriai analizavo, kaip genų ekspresija ląstelių kultūrose pasikeičia streso sukelto senėjimo (7 pav.). Štai kas paaiškėjo kaip rezultatas:
1) Visose ląstelių kultūrose daugelio genų išraiška keičiasi vienu metu. Tačiau pele skirtumai tarp embrioninių ir suaugusių fibroblastų yra stipresni nei ekskavatoriuje. Tai atitinka idėją, kad ekskavatoriai praktiškai "auga".
2) Visose kultūrose aktyvavo SASP genai. Tai gali būti laikomas antruoju patvirtinimu, kad ląstelių senėjimas gali būti naudojamas plika ekskavatorių.
3) Veiksmų, kuriuos sukelia ir slopina stresas, rinkinys skiriasi tarp pelės ir ekskavatoriaus. Skirtingai nuo pelių ląstelių, ekskavatoriaus ląstelės nepatenka į apoptozę, kaip jau minėta aukščiau. Jie taip pat slopina genų, atsakingų už ląstelinių baltymų sintezę, darbą, tačiau genai, susiję su atsaku į stresą (medžiagų suskaidymas, antioksidantai ir tt), dirba daug aktyviau.
4) Galiausiai, labiausiai stebina rezultatas yra toks: o genų, keičiančių išraišką reaguojant į spinduliuotę, skaičius buvo mažesnis negu pelėms, o jų veikimą pakeitusių procesų skaičius buvo didesnis. Tai greičiausiai reiškia, kad senėjimo procesas kasyklose yra aiškiau organizuotas – pakanka mažiau genų valdyti daugiau procesų.

Pav. 7 Genas išreiškiamas po 20 Gy gama spinduliuotės dozės. Tamsiai raudoni barai – pelės embrioniniai fibroblastai, raudona – pelės odos fibroblastai, tamsiai žalia – ekskavatoriaus embrioninės fibroblastos, žalia – ekskavatoriaus odos fibroblastai. Vaizdas iš straipsnio diskusijoje PNAS

Aptariamo straipsnio autoriai įrodė, kad plikaisių krautuvuose yra trys iš keturių žinomų senėjimo mechanizmų.Tai nereiškia, kad visi jie (išskyrus užprogramuotą senėjimą) paprastai būna. Tačiau tai rodo, kad priešingai nei anksčiau minėtos idėjos, ekologiški ekskavatoriai patys neprarado senėjimo programos ir gali jį paleisti. Kitas dalykas yra tas, kad jų ląstelių elgsenos strategija, susidūrusi su senėjimu, nėra panaši į mūsų. Plikaisiais kasyte esantys ląsteliai sumažina bendrą metabolizmo lygį, todėl jie gali išskirti mažiau uždegimo medžiagų ir mažiau kenkia organizmui. Tuo pat metu antioksidacinis atsakas jiems sustiprėja, tačiau apoptozė neprasideda, todėl korinio ląstelių ištekliai nėra išeikvoti. Atskirai reikėtų atkreipti dėmesį į senėjimo proceso organizavimo veiksmingumą: ekskavatorių ląstelėse suaktyvėja mažiau genų nei pelėms, tačiau jie kontroliuojaapiedidžiausias procesų skaičius. Galima daryti prielaidą, kad tokia organizacija leidžia, be kita ko, palaikyti mažą ląstelių metabolizmą ir taupyti išteklius.

Aktyvūs laboratorijų tyrinėjimai plikaisiais krautuvais prasidėjo palyginti neseniai, todėl daugiausia jauni žmonės gali studijuoti.Labiausiai įdomu, matyt, prasidės, kai jie išaugs iki 30 metų, ir bus galimybė ištirti "senųjų" ekskavatorių ląstelių fiziologiją. Tada mes sužinome, kas atsitinka kasyklų ląstelėse gyvenimo dvasią ir ar senėjančios programos iš tiesų jiems padeda.

Šaltinis: J. Zhao, A. Tiškovski, D. Muñoz-Espin, X. Tian, ​​M. Serrano, J. P. de Magalhaes, E. Nevo, V. N. Gladyshev, A. Seluanovas, V. Gorbunova. Naktinės molekulinės žiurkės gali išgyventi vystymosi, onkogeno ir DNR žalai sukelto ląstelių senėjimo PNAS. 2018. DOI: 10.1073 / pnas.1721160115.

Polina Loseva


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: