A meztelen kotrók cellái nem öregednek, mint az egerek sejtjei • Losina Polina • Tudományos hírek a "Elemekről" • Zoológia, genetika

A meztelen kopogók sejtjei nem öregednek, mint az egerek sejtjei

Ábra. 1. Bare Diggers (Naked mole patkány, Heterocephalus glaber) – rendkívül szokatlan állatok: a többi rágcsálókhoz képest sokkal hosszabb ideig élnek, összetett társadalmi életet, alacsony testhőmérsékletet és egyéb élettani jellemzőket viselnek, és nem is érezhetik a fájdalmat. Fotó a flickr.com-ból

A meztelen ásókat gyakran úgynevezett "állatok, amelyek nem korúak". A folyóirat egy nemrég megjelent cikk szerzői PNAS hogy ezeknek az állatoknak az egyes sejtjei eléggé képesek öregedni. De még a stressz alatt is gazdaságosabbá és biztonságosabbá teszik a testet, mint más rágcsálók sejtjeit.

Bare Diggers (Heterocephalus glaberÁbra. 1) körülbelül 10-szer hosszabb ideig élnek, mint távoli rokonai – egerek és patkányok. Miközben az egerek szabványos laboratóriumi körülmények között legfeljebb 3 évig élnek, az exkavátorok több mint 30 évig élhetnek. Vannak olyan gyanúik is, hogy gyakorlatilag nem érik el. Az újszülött kölykökre jellemző jelek közül sok az ásókban megfigyelhető az élet egészében vagy szinte egészében. Ez a fedélzet hiánya, és a kisméretű (a többi kotróhoz képest) méretek és a szexuális éretlenség (az exkavátorok meglehetősen későn érlelődnek), valamint bizonyos enzimek munkája, az instabil testhőmérséklet és az új neuronok aktív kialakulása az agyban.Együtt, ezek a jelek azt mutatják, hogy neoteny, azaz lassabb fejlődés, amelyben a szervezetkörülbelülaz élet nagy része lényegében "gyermek", de felnőttként funkcionál (lásd V. P. Skulachev és munkatársai, 2017. Neoteny, Az ifjúság megnyúlása: Naked Molecules). Végül ismeretes, hogy a férfiak ásóinak nem a kor szokásos értelemben vett életkorához tartoznak. Legalábbis nagyon ritkán halnak meg a "szenilis" betegségek – rák, szív- és érrendszeri betegségek és idegrendszeri degeneráció (lásd: Mit tartalmaznak a meztelen kopás és a meztelen majmok ?, Elements, 2017. március 6.). De ez azt jelenti, hogy öregedési mechanizmusaik teljes mértékben le vannak tiltva?

A cikk szerzői a folyóiratban PNAS megvizsgálták, hogy legalább az öregedés bizonyos elemeit megtalálják-e a meztelen kotrókban. Szigorúan a kérdésre adott válasz attól függ, hogy mit jelent az "öregedés". Ha figyelembe vesszük a szervezet egészét, akkor az idősödés gyakran az életkorral járó halandóság növekedését jelenti: egy bizonyos kor után szabályosság figyelhető meg: minél régebbi az organizmus, annál valószínűbb, hogy meghal (nincs ilyen rendszeresség a csecsemőkorban és a reproduktív korban). Ebben az értelemben az időskori kotrók nem érzékenyek (lásd J. Ruby és munkatársai, 2018.Meztelen-moll-patkány halálozási rátája azáltal, hogy az életkorhoz képest nem növekszik). De ha lemegy az egyes sejtek szintjére, akkor az öregségi kritériumok sokkal kevésbé nyilvánvalóvá válnak. Sem a halálozási arány sem megfelelő (nem minden öregek a szervezetben lévő haldokló sejtek), sem a reprodukálhatóság (akár újszülött szervezetben, sem az összes sejtben), sem a "betegségek" jelenléte (például a rákos sejtek "hibákat" tartalmaznak a DNS-ben és nem a szokásos módon működnek, ugyanakkor aktívan megosztják őket, és nem hasonlítanak a régiekhez).

A régi sejt egyértelmű meghatározása még mindig nem létezik. A sejtek elöregedése fiziológiai állapot, amelyben a sejt nem oszlik el, nem különbözteti meg és nem változtatja meg anyagcseréjét. Jelenleg kétféle módon lehet észlelni a régi sejteket.

Az első a β-galaktozidáz (β-galaktosidáz) festésére. Ez az enzim lebontja a cukrot az intracelluláris emésztés folyamatában. Általában semleges savassági értékeken aktív, és savas környezetben rosszul működik. Az öregedés során azonban a sejt nagy mennyiségben előállítja azt, ezért még savas környezetben is kimutatható (lásd a Senescence-hez társuló béta-galaktozidáz enzimet). Ehhez a sejteket egy festék prekurzorral kezeljük, amely kék színűvé válik β-galaktozidázzal végzett hasítás után (lásd G.P.Dimri és munkatársai, 1995. Biomassza, amely a bőrsejteket in vivo azonosítja).

A második módszer a sejtek környezetbe jutásának tanulmányozása. Az öreg sejteket a szekretált fehérjék – SASP (szekvencia-asszociált szekvenciális fenotípus) különlegessége jellemzi. Ez magában foglalja többek között a gyulladáscsökkentő fehérjéket, a metalloproteinázokat (intercelluláris anyag hasítására) és a növekedési faktorokat (stimulálva más sejtek osztódását). Ezeken az anyagokon keresztül a régi sejt hatással van a környezetre: ez arra kényszeríti azokat, akik még mindig képesek elosztani és vonzani az immunitási sejteket, hogy eltávolítsák a sérült sejteket (beleértve magukat is) és az intercelluláris anyag elemeit. Az SASP fehérjék kutatása nehezebb, mint a festés, de az eredmény pontosabb.

A sejtek öregedésének okai még mindig ellentmondásosak. Legalább négy független mechanizmust különböztetünk meg (2.
1) Replikációs öregedés (replikatív öregedés). Az egyes sejtosztódásokkal elkerülhetetlenül a telomerek lerövidülnek – a kromoszómák végei. Maguk nem hordoznak genetikai információt, hanem inkább egy olyan előtétként szolgálnak, amely megvédi a kromoszóma "jelentős" részét. De minél rövidebb a telomer, annál nagyobb a genetikai információ elvesztésének veszélye.Ezért, amikor a telomer egy bizonyos hosszúságot ér el, a sejtciklus leáll, és a megosztás már nem indul el.
2) Stressz okozta öregedés (SIPS, stressz által kiváltott öregedés korai). A mitokondriumok sejtes légzésének folyamatában a molekulák egy hiányzó vagy extra elektronmentes gyökökkel vannak kialakítva. Ez természetes folyamat, amelyet a sejt normálisan szabályoz antioxidánsokkal – a radikálisokat semlegesítő anyagokkal. De néha a mitokondriumokból a citoplazmába menekülnek, vagy akár bejutnak a sejtmagba, ahol károsítják a makromolekulákat, beleértve a fehérjéket és a DNS-t. Minél régebbi a sejt, annál nagyobb a károsodás. Ugyanakkor, a DNS-javítás (javítás) fehérjék jönnek létre. Amikor a DNS-hibajelzések elég sokfélék lesznek, a javítási fehérjék megállítják a sejtciklusokat. Ez az öregedés szabad gyöke elmélet. A stressztényezők (éhezés, sugárzás, toxinok) hatására a gyökök száma növekszik, oxidatív stressz alakul ki. Ha elég erős, a sejt idő előtt öregszik.
3) Onkogén indukálta öregedés (onkogén indukálta öregedés). Vélemény vanhogy a sejtek öregedése nemcsak a felhalmozódó károsodás mellékhatása, hanem védőmechanizmus is. Amikor egy normál sejt egy ráksejtré alakul, a kezdeti szakaszokban a folyamat még mindig leállítható. Amint a tumorokkal társuló gének működésbe lépnek (például, ras), az öregedési program párhuzamosan indul. És ha nincs olyan mutáció a génekben, amelyek leállítják a sejtciklusot, akkor ez megmenti a testet egy új daganatból. Ezért előfordulhat, hogy a sejtekben aktiválódik a korai öregedés ras vagy más onkogének (lásd M. Serrano és munkatársai, 1997. Onkogén ras A p53 és a p16 felhalmozódásához kapcsolódik a korai sejtszekvenciaINK4a).
4) Programozott öregedés (fejlődésbeli öregedés). Az embrionális fejlődés egyes szakaszaiban a sejtmolekula egy része lemerül (például az üregképződésre vagy a szövetek átalakítására). Ugyanakkor az "elromlott" sejtek elszakadnak és elkezdik az öregedési programot. Ez a folyamat nem függ a telomerek hosszától, sem a stressztől. Úgy gondolják, hogy evolúciósan előzte meg a stressz által kiváltott öregedés (lásd D. Muñoz-Espín és munkatársai, 2013. Programozott sejtek öregedése emlős embriófejlődés során).

Ábra. 2. A növekedés, a DNS-károsodás és az onkogének kialakulása programozott, stressz-indukált és onkogén indukálta öregedést okoz mind a meztelen kopásnál, mind az egerekben. Kép a cikkből a vita során PNAS

Egészen a közelmúltig csak az volt ismert, hogy a csupasz emelők nem replikációs öregedésnek vannak kitéve. Mint más kis rágcsálók, a telomeráz a sejtjeikben is működik – egy olyan enzim, amely telomereket épít. Emberben a telomeráz csak embrionális és őssejtekben aktív, érett sejtjeiben a gén ki van kapcsolva. Azonban itt a kotrók megkülönböztetik magukat. A genomuk szekvenálása azt mutatta, hogy a telomeráz és a hozzájuk kapcsolódó fehérjék kódolására alkalmas gének szignifikáns különbségeket mutatnak a többi rágcsálóhoz hasonló génektől. Ez azt sugallja, hogy az ásógépek telomerázát a szelekció hatásának vetik alá, és most valószínűleg hatékonyabban dolgoznak, mint távoli rokonaik (lásd a Naked Digger genomját – a hosszú élet titka kulcsa ?, Elemek, 2011.11.11.). Ami a sejtes öregedés egyéb mechanizmusát illeti, semmi sem ismert róla. Csak feltételezhetjük, hogy az exkavátorok kevésbé hajlamosak az oxidatív stresszre, mivel keskeny földalatti folyosókon élnek, és kevésbé vannak kitéve az oxigénnek és a napfénynek (az első a sejtekben lévő radikálisok felhalmozódásához, a második pedig a DNS-t károsító ultraibolya sugarakhoz).

A tárgyalt cikk szerzői körültekintően ellenőrizték a csupasz emelőket az öregedés megőrzött mechanizmusainak jelenlétére. Az első dolog, ami érdekli őket, az öregedés programozására, egy ősi mechanizmusként. Ennek felderítése érdekében β-galaktozidázzal újszülött meztelen exkavátorokat és szövettani preparátumokat festettek (3. Nemcsak az egereknél – a csontvelőben és a koponyában -, hanem a bőrön és a szőrtüszőkön is jellemző területeken találták meg. A szerzők úgy vélik, hogy ez a tény megmagyarázhatja, hogy a férfiak kopássai sikerült megszabadulniuk a hajból az öregedő és nem osztódó sejtek segítségével a tüszőkben.

Ábra. 3. A p-galaktozidáz festés eredményei. A – meztelen exkavátor ujjai és bőre. az – ujjlenyomat és nagyított képek a körömágy területéről. C – vágott és nagyított képek a bőrről (a bal oldalon) és a szőrtüsző. Minden képen kék színű területek vagy egyedi cellák jelennek meg – ez a régi sejtek jele. Kép a cikkből a vita során PNAS

A szerzők ezután megpróbálták előidézni az onkogén által indukált öregedést a fibroblasztok tenyészetében az embrionális szövetekből és a kotrók bőréből. Aktiválták a génexpressziót a sejtekben ras, vártak 12 napig, majd újra festették a p-galaktosidázt (4. A fotókban a kék cellák számának megítélése mellett ez az öregedés mechanizmusa is lehetséges az exkavátorokban.

Ábra. 4. A β-galaktozidáz festés eredményei a fibroblaszt tenyészetben. A – mikroképek. Legnagyobb sorképek – ellenőrzés, alacsonyabb – sejtek 12 napos onkogén működés után ras. az – a pozitívan festett sejtek százalékos aránya. Fehér rúd – az expozíció előtt, fekete – utána. Balról jobbra: egéreredetű embrionális fibroblasztok (MEF), egérbőr fibroblasztok (MSF), embrionális fibroblasztok (NEF) emésztése, bőrfibroblasztok (NSF) digerálása. Kép a cikkből a vita során PNAS

Következő sorban a stressz okozta öregedés volt. A cikk szerzői stressz faktorként a gamma sugárzást választották. A sejteket kis (10 Gy) és erősebb (20 Gy) dózisokkal besugározzuk, majd újra festjük a p-galaktozidázra és megmértük az apoptózis szintjét (5. Kiderült, hogy ez az öregedő sejt meztelen nyelőgép kitett. Azonban 10 Gy adag nem volt elegendő ahhoz, hogy jelentõs reakciókat váltson ki: 20 Gy-t alkalmaztunk ahhoz, hogy az exkavátor sejtjeinek válaszát hasonlítsuk össze az egérsejtek válaszával azonos sugárzási dózissal.Ugyanakkor érdekes, hogy az apoptózis (programozott sejthalál) nem indult az ásó sejtjeiben, míg az egérsejteknél a súlyos stressz jellegzetes reakciója volt.

Ábra. 5. Egy kísérlet az egér és a fibroblaszt fibroblasztok gamma-sugárzás általi besugárzására. A – a p-galaktozidáz festés eredményei. Legnagyobb sorképek – ellenőrzés, átlagos – sugárkezelés 10 Gy adaggal, alacsonyabb – 20 Gy besugárzási dózis. az – a pozitívan festett sejtek százalékos aránya. F – Az apoptózisos (haldokló) sejtek százalékos aránya a tenyészetben. Fehér rúd – ellenőrzés, szürke – 10 Gy dózis, fekete – 20 gr. Balról jobbra: egéreredetű embrionális fibroblasztok (MEF), egérbőr fibroblasztok (MSF), embrionális fibroblasztok (NEF) emésztése, bőrfibroblasztok (NSF) digerálása. Kép a cikkből a vita során PNAS

Annak ellenõrzésére, hogy a sugárzás egyenletesen károsítja-e az egerek DNS-jeit és az ásót, a cikk szerzői az üstökös DNS-módszert alkalmazták. A besugárzás után a sejtek DNS-je megfestésre kerül, és a sejtmembránok megsemmisülnek. Ezután a DNS kénytelen mozogni az elektromos mezőben. Ha a DNS-t a sugárzás károsította, rések jelentek meg benne. Ugyanakkor különböző hosszúságú töredékek alakulnak ki, amelyek elektromos mezőben történő mozgatáskor "üstökös farokt" alkotnak (6. Kiderült, hogy a DNS mindkét kopásnál és egérnél egyenletesen sérül.Ez azt jelenti, hogy nem különböznek a stresszel szembeni ellenállás mértékétől, hanem válaszul. Mindkettő, és mások elkezdik az öregedés programját, de az ásógépek sejtjei, ellentétben az egerek sejtjeivel, nem mennek át a programozott halálba.

Ábra. 6. A DNS üstökösének módszere az egér sejtjeiben és a meztelen ásóban. zöld DNS-vel festett. Balról jobbra: kontroll, sugárkezelés 10 Gy adaggal, sugárkezelés 20 Gy adaggal. Felülről lefelé: egéreredetű embrionális fibroblasztok (MEF), egérbőr fibroblasztok (MSF), embrionális fibroblasztok (NEF) emésztése, bőrfibroblasztok (NSF) digerálása. Kép a cikkből a vita során PNAS

Végül a cikk szerzői elemezték, hogy a sejtkultúrák génexpressziója változik a stressz által indukált öregedés során (7. Így válik egyértelművé az eredmény:
1) Minden sejtkultúrában számos gén expressziója egyidejűleg változik. Egy egérnél azonban az embrionális és a felnőtt fibroblasztok közötti különbségek erősebbek, mint egy kotróban. Ez összhangban van azzal az elképzeléssel, hogy az exkavátorok gyakorlatilag nem "felnőnek".
2) Minden tenyészetben aktiválódtak az SASP gének. Ezt tekinthetjük a második megerősítésnek, amely szerint a sejtek öregítése meztelen kotrókban lehetséges.
3) A stressz által kiváltott és elnyomott folyamatok halmaza különböző az egér és az ásó között. Az egérsejtekkel ellentétben az ásógép sejtjei nem lépnek be apoptózisba, amint azt már fentebb említettük. Elnyomják a sejtfehérjék szintéziséért felelős gének munkáját is, de a stresszreakcióhoz kapcsolódó gének (anyagok szétdarabolása, antioxidánsok stb.) Sokkal aktívabban dolgoznak.
4) Végül a legmeglepőbb eredmény a következõ: a gõzök száma, amelyek megváltoztatták a kifejezést sugárzásra adott válaszként, kisebb volt az emésztõkben, mint egereknél, az aktivitásukat megváltoztató folyamatok száma nagyobb volt. Ez valószínűleg azt jelenti, hogy az ásógépek öregedésének folyamata sokkal világosabban szerveződik – elég több gén futtatása több folyamat szabályozása érdekében.

Ábra. 7. Génkifejezés 20 g-os gamma-besugárzás után. Sötét Vörös Bárok – egér embrionális fibroblasztok, piros – egérbőr fibroblasztok, sötétzöld – a kotrógép embrionális fibroblastjai, zöld – a kotrógép dermális fibroblastjai. Kép a cikkből a vita során PNAS

A tárgyalt cikk szerzői bebizonyították, hogy a meztelenül szolgáló ketrecekben a négy ismert öregedési mechanizmus közül három lehetséges.Ez nem jelenti azt, hogy mindegyikük (a programozott öregítés kivételével) normálisan fellép. De ez azt mutatja, hogy a korábbi ötletekkel ellentétben a csupasz kotrók nem veszítették el az öregedés programját, és képesek arra, hogy elindítsák. A másik dolog az, hogy sejtjeik viselkedésének stratégiája, az öregedéssel szemben, nem hasonlít a miénkhez. A meztelen emésztők sejtjei csökkentik az anyagcsere teljes szintjét, ezért valószínűleg kevésbé gyulladásos anyagokat termelnek, és kisebb károkat okoznak a szervezetben. Ugyanakkor az antioxidáns válasz fokozódott bennük, de az apoptózis nem indul el, így a sejtek erőforrásai a testben nem lesznek kimerültek. Különösen érdemes megemlíteni az öregedési folyamat szervezésének hatékonyságát: kevesebb gént aktiválnak a kotrógépekben, mint az egereknél, de irányítjákkörülbelüla legtöbb folyamat. Feltételezhető, hogy egy ilyen szervezet többek között lehetővé teszi a sejtek anyagcseréjét alacsony szinten, és erőforrásokat takarít meg.

A laboratóriumok meztelen nyírásaival foglalkozó aktív tanulmányok viszonylag nemrégiben kezdődtek, így mostanában többnyire fiatalok érhetők el tanulmányozásra.A legérdekesebb, nyilvánvalóan akkor kezdődik, amikor nagymértékben 30 évre nő, és lehetőség nyílik arra, hogy megvizsgálja a "régi" diggerek celluláris fiziológiáját. Ezután megtudjuk, mi történik az ásók sejtjeivel az élet szürkületében, és hogy az öregedő programok valóban dolgoznak-e nekik.

Forrás: Y. Zhao, A. Tyshkovskiy, D. Muñoz-Espín, X. Tian, ​​M. Serrano, J. de Magalhaes, E. Nevo, V. N. Gladyshev, A. Seluanov, V. Gorbunova. A meztelen patkányok fejlődési, onkogén által kiváltott és DNS-károsodást okozó sejtes érzékenységen mennek keresztül // PNAS. 2018. DOI: 10.1073 / pnas.1721160115.

Polina Loseva


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

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