Stárnutí v buněčných kulturách. dělení Limit cell

Video: měřeno telomery dožívají vyššího věku nebo FINITI od Jeunesse

Tam je limit buněčného dělení?

Představa, že živočišné buňky jsou schopné provést omezen pouze a přesně definovaný počet dílků, byl zvýšen na 1882 Weismann (Weismann, 1882), Mechnikov byla podrobně diskutovány (1907), a nyní získal experimentální potvrzení (Micklem et al., 1975- Reincke a kol., 1975- Botnick et al., 1976) a staly základem řady teorií stárnutí (Olovnikov, 1973- Holliday, 1975).

„Stárnutí“ buněčná kultura je často považována za hlavní důkaz o omezené schopnosti buněk rozdělit (Marx, 1974- Reincke et al., 1975- Hirsch, 1977).

Ve skutečnosti bylo zjištěno, že mnoho replikativní senescenci buněčné kultury dochází pouze během buněčného dělení a není v přímém vztahu k intenzitě jejich metabolismu.

Například, je-li dočasně potlačit dělení buněk v kultivovaných lidských fibroblastů (klesající teplotou, snížením koncentrace séra v kultivačním médiu, čímž se zvyšuje hustota obyvatelstva), a potom znovu vytvořit podmínky pro růst v těchto kulturách replikativní úmrtí dochází v období odpovídající času stráveného Kultura neproliferiruyugtsem stát.

Zároveň zdvojnásobení počtu spáchal buněčné populace se nemění (viz. Gavrilov, Gavrilova, 1978). Proto se "stáří" a "délka života" buněčných kultur by měla být určena nikoliv kalendářní dobou, a množství divizí, spáchané buňky (tzv mitotické time) (Dell Orco 1974- Goldstein, Singal, 1974- Gavrilov, Yaguzhinskii, 1978).

Prakticky mitotické čas vyjádřený jako počet subkultur (průchody), za předpokladu, že jeden průchod v poměru 1: 2, odpovídá jednomu zdvojení populace (Cristofalo, 1972- Goldstein, 1974), a jedno zdvojení - dělení jedné buněčné kultury (Marx, 1974).

Například, kultura lidských embryonálních diploidní fibroblasty, které jsou schopny odolat o 50 + 10 pasáží v poměru 1: 2 (Hayfiick, 1965) - proto se domnívají, že tato kultura se zavazuje 50 zdvojení populace (Hayfiick, Cristofalo 1969-, 1972), a buňky v kultuře mohou podíl 50 krát (Marx, 1974- Dubin, Razumovich, 1975).

Nicméně je známo, že mnoho buněk v těle (jako jsou sliznice buněk střevní, kůže, hematopoetických a lymfoidních buněk) jsou schopny sdílet mnohem více než 50-krát (Dubin, Razumovich, 1975- Cameron, Thrasher, 1976- Hirsch, 1977). Tento rozpor vyjádřila pochybnosti o možnosti použití buněčných kultur pro modelování s věkem změny, ke kterým v organismu (Cristofalo, 1972- Cameron, Thrasher, 1976).

Bylo však zjištěno, že důvodem pro tuto diskusi je ve špatném výpočtu zdvojením a dělení. Za prvé, bylo zjištěno, že jeden den po subkultivaci kultury lidských fibroblastů přežilo pouze 50 až 70% mladých replikace buněčné kultury (Cristofalo et al., 1970) a pouze 25% staré buněčné kultury replikace (Good, 1972).

Proto 40-60 průchody (zdánlivý zdvojení), 80 až 120 odpovídají skutečné zdvojení populace (s ohledem na buněčnou smrt) (Good, 1972). Za druhé, ne všechny fibroblasty přežili subkultivaci operace, které jsou schopné dělení, podíl dělících se buněk je výrazně snížena, když replikativní senescence (viz. Výše). Vzhledem k této skutečnosti a kontinuální buněčná smrt byla vypočtena, že 40-60 pasáží v kultuře lidských fibroblastů odpovídají 120-160 buněčného dělení (Good, 1972- Hirsch, 1977).

Podle jiného, přesnější výpočet této hodnoty je 170 + 30 divizí (Gavrilov Yaguzhinskii, 1978). Za třetí, bylo zjištěno, že tyto „mrtvé“ kultury lidských fibroblastů je stále 10-20% buněk, které lze rozdělit (Cristofalo, Sharf, 1973- Milo, Hart, 1976) -, takže obecně není důvod mluvit o existenci omezení v počtu divizí všechny buněčné kultury.

Kromě toho, analýza kinetiky růstu lidských fibroblastových kultur ukazují, že absolutní počet dělících se buněk, vztaženo na celkovou populaci fibroblastů (m. E. S ohledem na provozní subkultivací) nikdy klesá a na konci kultivace „živým“ roste především v důsledku tvorby nedělících buněk. To znamená, že replikační senescence kultura není v důsledku zmizení dělících fibroblastů, a jejich zředění nedělících se buňkách (Gavrilov, Yaguzhinskii, 1978).

Proto kultura může být omezeno "život„I když část jeho buňky rozděleny do nekonečna. Jako konkrétní příklad uvažujme model založený na režimu navrženého dříve (Osgood, 1959) pro hematopoetické buňky.

Podle tohoto modelu, v kultivovaných lidských fibroblastů, existují 2 typy proliferujících buněk: N-buňky, které jsou schopné provést omezený počet částí (asi 100), otočné potom k dělení a a-buňky, které rozdělují bez omezení, a trvale vytvořené z několika buněk množství n-buněk.

V nejjednodušším případě, že jsou splněny tyto podmínky, a v případě, buňky se dělí asymetricky do jediného buňku, která je identická s rodičem (a buněk), a druhý - v kategorii n-buněk. V současné době, asymetrické rozdělení je považován charakteristickým znakem většiny buněk v těle (Hirsch, 1977).

V tomto asymetrickém dělení a počtem buněk nemůže být zvýšena. Je snadné si všimnout, že ředění populace model dělících se buněk je nevyhnutelná, takže buněčné kultury budou mít omezenou „životnost“, i když na první pohled se skládá výhradně z „nesmrtelný“ a buňky.

Ve skutečnosti se ukázalo, že tento jednoduchý model může kvalitativně popsat kinetiky replikace stárnutí kultuře lidských fibroblastů (Gavrilov, Yaguzhinskii, 1978).

Možné mechanismy buněčných kultur replikativní senescenci

V současné době, specifické mechanismy buněčných kultur replikativní stárnutí jsou neznámé, a stávající četné předpoklady může být snížena na dvou zobecněných dohadům. pojem poruchy Akumulační, poškození nebo chyby uvažují procesu replikační senescenci v důsledku nedokonalostí různých intracelulárních systémech, jako je například přenos genetické informace o systému.

Podle spínací hypotézy replikativní senescenci - proces kvazidifferentsirovki kultivační buňky, podobné diferenciace buněk v těle (Gavrilov, Gavrilova, 1978).

Mezi mnoho hypotéz akumulace porušení byla rozšířená „chyba katastrofa“ hypotéza Orgel (Orgel, 1963- Holliday, 1975), podle které se na úrovni translace hromadí chyby, což vede k dalšímu snížení přesnosti genetických systémů přenosu informací.

Analýza však experimentální potvrzení hypotézy Orgel se ukázalo, že žádný z nich nedokazuje platnost této hypotézy (Gavrilov, Gavrilova, 1978). Nejzávažnější vyvrácením hypotézy akumulace poškození jsou výsledky experimentů na replikaci infekčního mladých i starých kultur herpes viry (Holland et al., 1973- Hayfiick, 1974), vezikulární stomatitidy (Holland et al., 1973- Pitha et al., 1974) a poliovirus (Holland a kol., 1973- Hayfiick, 1974- Pitha et al., 1974).

V těchto studiích, virové infekce byla použita jako metoda hodnocení stavu starých replikace buněčné kultury. Hlavní výhodou virové testu je, že nám umožňuje charakterizovat celkový stav buňky a identifikaci porušení, bez ohledu na jejich specifické povaze.

Kromě toho, tato metoda je citlivá, neboť umožňuje zjistit účinek analogů aminokyselin, a hustota populace na stavu těchto buněk (Pitha et al., 1975). Například, bylo zjištěno, že analogy aminokyselin nevýznamné přísady, které snižují rychlost růstu kultury, je pouze 20%, což vede k 5 až 10-násobné snížení počtu infekčních virionů produkovaných z jediné buňky (Danner et al., 1978).

Pokud replikativní senescenci je skutečně způsobeno hromaděním porušení v buňkách, test virus by odhalilo následující změny v buňkách „starých“ kultur: snížení rychlosti tvorby a zrání virů, snížení počtu virionů produkovaných jedné buňky, poklesu specifického infekčnosti viru a zvýšit jejich tepelnou labilita, zvýšená podíl mutantních virů změnit elektroforetickou spektrum virových proteinů.

Nicméně, žádný z těchto změn byly zjištěny (Holland et al., 1973- Hayfiick, 1974- Pitha et al., 1974, 1975). To znamená, že replikační senescence žádný znatelný pokles přesnosti systémů přenosu informací a na podzim syntetizující schopnosti buněk.

V poslední době se stále více uznání hypotéza předpokládá diferenciaci buněk v kultuře, podle kterého se replikativní senescenci způsobené přepnutím režimu buněčného metabolismu, není kompatibilní s rozdělením (Finch, 1976- Rheinwald, zelená, 1977- Bell et al., 1978).

Tato hypotéza je v souladu s účtem divizí, které se vyskytují v průběhu replikační senescence. Ve skutečnosti, široká škála předmětů bylo prokázáno, že metabolismus je často nutné přejít dělení buněk, a kritický bod v tomto přepínači se shoduje s syntézy DNA. Proto diferenciace hypotéza je v souladu se skutečností, že „si pamatovat“ počet dílků, když nastane replikační senescence v jádře.

Zdá se, že tu máme co do činění s univerzálním spínacího ústrojí metabolismu, který dosud nebyl studován (Truman, 1976- Gavrilov, Gavrilova, 1978). Diferenciace hypotéza předpokládá, že hybridní buňky vytvořené z postreplicative a transformované buňky musí být schopen rozdělit. Ve skutečnosti se ukázalo, že heterokaryons postreplicative lidské fibroblasty se heteroploid zlatý křeček je schopen udělat 100 buněčných generací (Goldstein, Lin, 1972).

Je také ukázáno, že základní postreplicative lidské fibroblasty po hybridizaci s HeLa buňkami nebo transformovaných lidských fibroblastů začal syntetizovat DNA (Norwood et al., 1975). Bylo zjištěno, že replikační senescence lidských fibroblastů kultur v důsledku zmizení jaderných nehistonové mRNA proteinů zapojených do aktivace genomu během dělení buněk (Stein, Burther, 1975).

Tento jev se vysvětluje také, s ohledem na následující experimentální skutečnosti: replikativní senescenci liší spektrum jaderných proteinů a modifikuje strukturu chromatinu tak, že jeho matrice účinek proti RNA syntézy se sníží (Baserga, Nicolini, 1976). V důsledku toho, replikativní stárnutí lze považovat za proces spínání genomu aktivitu, tj. E. jako proces diferenciace.

Na rozdíl od pojmů akumulace poškození diferenciace hypotézy snadno souhlasí s fakta o nonuniversal prevalence replikativní senescenci, reverzibility postreplicative přechodového stavu, vysokou přesnost a rychlost postreplicative biochemických procesů v buňkách, a nízké rychlosti smrti těchto buněk.

Konečně, to jen ukazuje, že omezený „životnost“ kultur lidských epidermální keratinocyty je spojena s diferenciací těchto buněk (Rheinwald, Green, 1977). Pokud jde o fibroblasty, je známo, že tyto buňky se mohou diferencovat v kultuře za vzniku štěpného adipocytů (Portugalsko, 1979).

Je možné, že tento proces je základem replikativní senescenci fibroblastů, ale selhání kultivačního média na řadě faktorů (např, biotin), interferuje s normální exprese nového fenotypu. Proto, i když se hypotéza diferenciace buněk v kultuře není definitivně prokázáno, že je podstatně lepší, podle dostupných experimentálních dat než poruch koncept skladování.

Korelace mezi stárnutí mnohobuněčných organismů a buněčných kultur

Gerontologists zájem samotného fenoménu „stárnutí“ buněčných kultur je do značné míry dána tím, jak je spojena se stárnutím. Určité korespondence mezi tyto dva jevy opravdu existují (Cristofalo, 1972- Hayfiick, 1977- Gavrilov, Gavrilova, 1978).

Například, bylo zjištěno, že replikační životnost z buněčných kultur se snižuje s rostoucím věkem dárcovských buněk (Schneider, Chase, 1976- Schneider, Mitsui, 1976). Kromě toho, „životnost“ buněčné kultury získané z různých zvířat je v korelaci s délkou života těchto zvířat (Hayfiick, 1975).

Nicméně tyto skutečnosti neprokazují, že základem stárnutí je omezená schopnost jejích buněk rozdělit. Pokud by tomu tak bylo, pak všechny normální buňky zvířat bude mít kulturu omezený „život“.

Ve skutečnosti existuje řada kultur živočišných buněk, které jsou schopné neomezeného růstu (Cristofalo, 1972- Finch, 1976). Námitka Hayflickův (Hayfiick, 1977), že tyto buňky mohou mít odchylku od normální diploidní karyotypu, v současné době nelze přijmout, protože „stárnutí“ kulturách lidských fibroblastů diploidní karyotyp také nejsou zachovány.

Ve skutečnosti, replikace staré lidské fibroblasty obsahují 6% a 43% polyploidní aneuploidní buňky (Thompson, Holliday, 1975). Hayflickův s dalšími příkazy, které neomezená schopnost dělit pouze charakteristiku transformovaných buněk (Hayflickův, 1965), rovněž nemůže souhlasit.

Například, normální buňky Drosophila imaginal disků jsou schopné neomezeného růstu (Finch, 1976). Na druhé straně, kultura kuřecích fibroblastů transformován viru Rousova sarkomu, má omezenou životnost replikační (Ponten, 1970- Leblond-Larouche, Morais, 1976).

Proto jakékoliv změny nebo změny v karyotypu nejsou přímo spojeny s „stárnutí“ buněčných kultur.

Vyšetřování „stárnutí“ buněčných kultur nám umožňuje určit důvody pro snížení mitotickou aktivitu a mechanismy regulace buněčného dělení. To může být užitečné při studiu vzorců snížení regenerační schopnosti tkání a atrofie v průběhu stárnutí.

Sdílet na sociálních sítích:

Podobné