Aging in culturi celulare. diviziunea celulara Limita

Video: măsurat telomerii trăiesc mai mult sau FINITI de la Jeunesse

conținut

Video: măsurat telomerii trăiesc mai mult sau finiti de la jeunesse
Există o limită a diviziunii celulare?
Mecanismele posibile ale culturilor celulare senescență replicativ
Corelația dintre îmbătrânire organisme multicelulare și culturi celulare

Există o limită a diviziunii celulare?

Ideea ca celulele animale sunt capabile să facă limitată doar și strict numărul de diviziuni definite, a fost ridicată în 1882 Weismann (Weismann, 1882), Mechnikov a fost discutată în detaliu (1907), iar acum a primit confirmarea experimentală (Micklem et al., 1975- Reincke și colab., 1975- Botnick și colab., 1976) și a devenit baza unui număr de teorii ale imbatranirii (Olovnikov, 1973- Holliday, 1975).

„Îmbătrînirea“ cultura de celule este adesea văzută ca principala dovada capacității limitate a celulelor de a diviza (Marx, Reincke și colab modelul anului 1974., 1975- Hirsch, 1977).

Într-adevăr, sa constatat că multe culturi de celule de senescenta replicativ are loc numai în timpul diviziunii celulare și nu este legată direct de intensitatea metabolismului lor.

De exemplu, în cazul în care suprima temporar diviziunea celulara in fibroblastele umane cultivate (scăderea temperaturii, scăderea concentrației serice în mediul de cultură, crescând densitatea populației), și apoi re-crea condițiile pentru o creștere, în astfel de culturi moarte replicative are loc într-o perioadă egală cu timpul petrecut cultura neproliferiruyugtsem de stat.

În același timp, dublarea numărului populației de celule angajat nu se schimba (a se vedea:. Gavrilov, Gavrilova, 1978). Prin urmare, „vârstă“ și „speranța de viață“ a culturilor de celule nu trebuie să fie determinată de timp calendaristic, precum și un număr de diviziuni, celulele comise (așa-numitele timp mitotic) (Dell Orco modelul anului 1974 Goldstein, singal, modelul anului 1974 Gavrilov, Yaguzhinskii, 1978).

Practic timpul mitozei exprimată ca numărul de subculturi (pasaje), presupunând că un pasaj în raport de 1: 2 corespunde unei populații de dublare (Cristofalo, 1972- Goldstein, 1974), iar una dublare - diviziune a unei culturi de celule (Marx, 1974).

De exemplu, cultura de fibroblaste diploide embrionari umane capabile să reziste la aproximativ 50 + 10 treceri într-un raport de 1: 2 (Hayfiick, 1965) -, prin urmare, cred că această cultură se angajează 50 doublings populației (Hayfiick, Cristofalo 1969- 1972) și celulele culturii poate parts 50 de ori (Marx, Dubin modelul anului 1974, Razumovich, 1975).

Cu toate acestea, este cunoscut faptul că multe celule din organism (cum ar fi celulele mucoasei intestinale, piele, celulele hematopoietice și limfoide) sunt capabili de a împărtăși cu mult mai mult de 50 de ori (Dubin, Razumovich, 1975- Cameron, Thrasher, 1976- Hirsch, 1977). Această discrepanță a ridicat dubii în posibilitatea folosirii culturilor de celule pentru modelare legate de varsta, care au loc în organism (Cristofalo, 1972- Cameron, Thrasher, 1976).

S-a constatat, totuși, că motivul pentru care această controversă este în calcularea greșită a dublare și diviziune. În primul rând, sa constatat că o zi după subcultivarea cultura fibroblaste umane au supraviețuit doar 50-70% din tineri replicare culturi de celule (Cristofalo și colab., 1970) și doar 25% din vechea replicării culturii celulare (Good, 1972).

Prin urmare, 40-60 pasaje (dublari aparente) 80-120 corespund doublings reale ale populației (având în vedere moartea celulară) (Good, 1972). În al doilea rând, nu toate fibroblaste supraviețuit operațiune subcultivarea, capabilă de a împărți, proporția de diviziune a celulelor este mult redusă atunci când senescența replicativ (vezi. De mai sus). Având în vedere acest fapt și moartea celulară continuă a fost calculat că 40-60 treceri în cultură de fibroblaste umane corespund 120-160 diviziunii celulare (Good, 1972- Hirsch, 1977).

Potrivit unui alt, calcul mai precis al acestei valori este de 170 + 30 diviziuni (Gavrilov Yaguzhinskii, 1978). În al treilea rând, sa constatat că culturile „moarte“ de fibroblaste umane este încă 10-20% din celulele care pot diviza (Cristofalo, Sharf, 1973- Milo, Hart, 1976) - astfel încât, în general, nu există nici un motiv pentru a vorbi despre existența unei limite a numărului de diviziuni toate culturile de celule.

În plus, analiza cineticii de creștere a culturilor de fibroblaste umane a arătat că numărul absolut de celule se divid în raport cu populația totală de fibroblaști (m. E. Ținând cont de repicare operație) nu scade, iar la sfârșitul culturii „vieții“ crește în principal datorită formării de nondividing celule. Aceasta înseamnă că cultura senescenta replicativ nu se datorează dispariției fibroblaștilor divizează și diluarea lor cu celulele care nu se divid (Gavrilov, Yaguzhinskii, 1978).

Prin urmare, cultura poate fi limitată "toată viața„Chiar dacă o parte din celulele sale divizate pe termen nelimitat. Ca un exemplu specific, ia în considerare un model bazat pe schema propusă anterior (Osgood, 1959) pentru celulele hematopoietice.

Conform acestui model, in fibroblastele umane cultivate, există 2 tipuri de celule proliferante: n-celule care sunt capabile să facă un număr limitat de diviziuni (aproximativ 100), transformand apoi la divizarea și un celule care se divid, fără a limita, și continuu formate din o-celule un număr de n-celule.

In cel mai simplu caz, aceste condiții sunt îndeplinite, iar în cazul în care celulele se divid asimetric pentru a forma o singură celulă care este identic cu părintele (și celule), iar celălalt - în categoria de n-celule. In prezent, divizia asimetrică este considerată o trăsătură caracteristică a majorității celulelor din organism (Hirsch, 1977).

Într-o astfel de diviziune asimetrică și numărul de celule nu poate fi mărit. Este ușor de observat că modelul de diluție a populației de celule divid este inevitabilă, astfel încât cultura de celule va avea un număr limitat de „durata de viata“, chiar dacă la început este compus în întregime din „nemuritor“ și celule.

Într-adevăr, sa dovedit că acest model simplu poate descrie calitativ cinetica culturii îmbătrânirii replicativă a fibroblaste umane (Gavrilov, Yaguzhinskii, 1978).

mecanismele posibile ale culturilor celulare senescență replicativ

În prezent, mecanismele specifice ale culturilor celulare de îmbătrânire replicative sunt necunoscute, iar numeroasele ipoteze existente pot fi reduse la două conjecturile generalizate. tulburări de acumulare concept, deteriorare sau erori considerând procesul de senescență replicative ca rezultat al imperfecțiunilor diferitelor sisteme intracelulare, cum ar fi transferul sistemului de informații genetice.

Conform ipotezei de comutare replicative senescenta - o cultură de celule de proces kvazidifferentsirovki, o diferențiere similară a celulelor din organism (Gavrilov, Gavrilova, 1978).

Printre multele ipoteze acumularea de încălcări a fost larg răspândită „eroare catastrofă“ ipoteza Orgel (Orgel, Holliday 1963, 1975), conform căreia, la nivel de translatie acumula erori, ceea ce duce la o reducere suplimentară a preciziei sistemelor de transfer de informații genetice.

Cu toate acestea, analiza de confirmare experimentală a ipotezei Orgel se dovedește că nici unul dintre ei nu dovedește validitatea acestei ipoteze (Gavrilov, Gavrilova, 1978). Refutarea cea mai serioasă a ipotezei acumulării daune sunt rezultatele experimentelor asupra replicării infecție culturilor tinere și vechi de virusuri herpes (Holland și colab., 1973- Hayfiick, 1974), stomatitei veziculare (Holland și colab., 1973- Pitha și colab., 1974) și poliovirus (Holland și colab., 1973- Hayfiick, Pitha și colab modelul anului 1974., 1974).

In aceste studii, infecția cu virusul a fost utilizat ca o metodă de evaluare a stării vechii replicării culturi celulare. Principalul avantaj al testului virale este că ne permite să caracterizeze starea generală a celulei și de a identifica încălcări, indiferent de natura lor specifică.

În plus, această metodă este sensibilă, deoarece permite descoperirea efectului de analogi de aminoacizi, iar densitatea populației în starea celulelor (Pitha et al., 1975). De exemplu, sa constatat că analogi de aminoacizi aditivi insignifiante, care reduc rata de creștere de cultură este de numai 20%, ceea ce duce la o reducere de 5-10 ori a numărului de virioni infecțioși produse dintr-o singură celulă (Danner și colab., 1978).

Dacă senescenta replicative este într-adevăr cauzată de acumularea de încălcări în celule, testul de virus ar dezvălui următoarele modificări în celulele culturilor „vechi“: reducerea ratei de formare și maturizare a virusurilor, reducerea numărului de virioni produse de o singură celulă, scăderea infectivității specifică a virusului și creșterea labilitate termică, creșterea proporția de virusuri mutante modifica spectrul electroforetic al proteinelor virale.

Cu toate acestea, nici una dintre aceste modificări au fost detectate (Holland și colab., 1973- Hayfiick, Pitha și colab modelul anului 1974. 1974, 1975). Acest lucru înseamnă că, pentru senescenta replicativ este o scădere apreciabilă acuratețea sistemelor de transfer de informații și se încadrează capacitățile de celule sintetizare.

Recent, o ipoteză de recunoaștere tot mai mare presupune diferențierea celulelor în cultură, conform căreia senescenta replicativ cauzate de comutarea modului metabolismului celular, nu este compatibil cu diviziunea (Finch, 1976- Rheinwald, Green, 1977- Bell și colab., 1978).

Această ipoteză este în concordanță cu contul de diviziuni care apar in timpul senescenta replicativ. Într-adevăr, o largă varietate de obiecte sa demonstrat că metabolismul este adesea necesar pentru a comuta diviziunii celulare, iar punctul critic în acest parametru coincide cu sinteza ADN-ului. Prin urmare, diferențierea ipoteză este în concordanță cu faptul că „amintindu“ numărul de diviziuni atunci când apare senescența replicativ în nucleu.

Aparent, aici ne confruntăm cu un mecanism universal de comutare a metabolismului, care nu a fost încă studiată (Truman, 1976- Gavrilov, Gavrilova, 1978). Diferențierea ipoteza prezice că celulele hibride formate din postreplicative și celulele transformate trebuie să fie capabil de a diviza. Într-adevăr, se pare că heterokaryons postreplicative celule fibroblaste umane cu aur de hamster heteroploid este capabil de a face 100 de generații de celule (Goldstein, Lin, 1972).

Este de asemenea arătat că nucleul fibroblastele umane postreplicative după hibridizare cu celule HeLa sau fibroblaste umane transformate început pentru a sintetiza ADN (Norwood și colab., 1975). Se constată că senescenta replicativă fibroblaste umane culturi datorită dispariției mRNAs non-histonice nucleare ale proteinelor implicate în activarea genomului în timpul diviziunii celulare (Stein, Burther, 1975).

Acest fenomen este explicat bine, luând în considerare următoarele fapte experimentale: senescenta replicativ variază în spectru de proteine nucleare și modifică structura cromatinei astfel încât activitatea sa matrice împotriva sintezei de ARN este redusă (Baserga, Nicolini, 1976). În consecință, senescenta replicativa poate fi privită ca un proces de comutare activității genomului, adică. E. Ca proces de diferențiere.

Spre deosebire de conceptele de acumulare daune diferențiere ipoteza ușor este de acord cu faptele despre nonuniversal prevalenta senescenta replicativ, reversibilitatea starea de tranziție postreplicative, de mare precizie și viteză proceselor biochimice postreplicative în celule și o moarte viteză scăzută a acestor celule.

În cele din urmă, doar arată că un număr limitat de „durata de viata“, a culturilor de keratinocite epidermice umane este asociată cu diferențierea acestor celule (Rheinwald, Green, 1977). În ceea ce privește fibroblaste, este cunoscut faptul că aceste celule pot diferenția în cultură pentru a produce adipocite fisionabile (Portugalia, 1979).

Este posibil ca acest proces este baza de senescență replicative fibroblastelor, dar eșecul mediului de cultură pe o serie de factori (de exemplu, biotină) interferează cu exprimarea normală a unui nou fenotip. Astfel, cu toate că diferențierea ipoteza celulelor în cultură nu este dovedită, este considerabil mai bine se potrivesc cu datele experimentale disponibile decât tulburări de stocare a conceptului.

Corelația dintre îmbătrânire organisme multicelulare și culturi celulare

Gerontologists interes pentru însăși fenomenul de „îmbătrânire“ a culturilor de celule este determinată în mare măsură de modul în care aceasta este asociată cu îmbătrânirea. Anumite corespondențe între aceste două fenomene există cu adevărat (Cristofalo, 1972- Hayfiick, 1977- Gavrilov, Gavrilova, 1978).

De exemplu, sa constatat că durata de viață replicativă a culturilor de celule a scăzut odată cu creșterea vârstei celulelor donoare (Schneider, Chase, 1976- Schneider, Mitsui, 1976). În plus, culturile de celule „speranța de viață“, obținute de la animale diferite este corelată cu speranța de viață a acestor animale (Hayfiick, 1975).

Cu toate acestea, aceste fapte nu dovedesc că baza îmbătrânirii este capacitatea limitată a celulelor sale de a diviza. Dacă ar fi așa, atunci toate celulele normale de animale ar avea o cultură limitată „viață“.

De fapt, există o serie de culturi de celule animale capabile de creștere nelimitată (Cristofalo, 1972- Finch, 1976). Obiectia Hayflick (Hayfiick, 1977) că aceste celule ar putea avea o deviere de la cariotipului diploide normale, în prezent, nu poate fi acceptată, deoarece „îmbătrânire“ culturi de fibroblast uman cariotip diploid De asemenea, nu a păstrat.

Intr-adevar, replicare fibroblaste umane vechi conțin 6% și 43% celule aneuploid poliploide (Thompson, Holliday, 1975). Hayflick cu alte declarații care capacitatea nelimitată de a diviza numai caracteristică celulelor transformate (Hayflick, 1965), de asemenea, nu pot fi de acord.

De exemplu, celulele normale ale Drosophila discuri imaginal sunt capabile de creștere nelimitată (Finch, 1976). Pe de altă parte, cultura fibroblastelor de pui transformate de virusul sarcomului Rous, a limitat durata de viata replicativ (Ponten, 1970- Leblond-Larouche, Morais, 1976).

Astfel, orice transformare sau schimbare în cariotip nu sunt direct legate de „îmbătrânire“ a culturilor celulare.

Investigarea „învechirea“ culturi de celule ne permite să se determine motivele pentru reducerea activității și a mecanismelor de reglementare a diviziunii celulare mitotice. Acest lucru poate fi util în studiul modelelor de reducere a capacității de regenerare a țesuturilor și atrofie în timpul îmbătrânirii.

Distribuiți pe rețelele sociale:

înrudit