Sel-sel ekskavir telanjang tidak berumur seperti sel-sel tikus • Polina Loseva • Berita sains mengenai "Elemen" • Zoologi, Genetik

Sel-sel penggali telanjang tidak berumur seperti sel-sel tikus

Rajah. 1. Penggali Bare (Tikus tikus telanjang, Heterocephalus glaber) – haiwan yang sangat luar biasa: berbanding dengan tikus yang lain, mereka hidup lebih lama, mempunyai struktur kehidupan sosial yang kompleks, suhu badan yang rendah dan ciri-ciri fisiologi yang lain, dan juga tidak dapat merasakan beberapa jenis kesakitan. Foto dari flickr.com

Penggali terdedah sering disebut "haiwan yang tidak berumur." Penulis artikel baru-baru ini dalam jurnal PNAS mendapati bahawa sel-sel individu haiwan ini agak dapat bertambah tua. Tetapi, walaupun di bawah tekanan, mereka menjadikannya lebih menjimatkan dan selamat untuk tubuh daripada sel-sel tikus yang lain.

Pengedar telanjang (Heterocephalus glaberberas 1) hidup lebih kurang 10 kali lebih lama daripada saudara jauhnya – tikus dan tikus. Walaupun tikus dalam keadaan makmal biasa hidup paling lama sehingga 3 tahun, penggali mungkin hidup lebih dari 30 tahun. Terdapat juga syak wasangka bahawa mereka praktikal tidak matang. Kebanyakan ciri-ciri tanda-tanda hanya untuk anak-anak yang baru lahir boleh diperhatikan dalam penggali sepanjang atau hampir sepanjang hayat. Ini adalah ketiadaan penutup, dan saiz kecil (berbanding dengan pengorek yang lain), dan ketiadaan seksual (penggali matang agak lewat), serta kerja beberapa enzim, suhu tubuh yang tidak stabil dan pembentukan neuron baru yang aktif di dalam otak.Bersama-sama, tanda-tanda ini menunjukkan neoten, iaitu, perkembangan yang lebih lambat, di mana organismekira-kiraMajoriti hidup pada dasarnya adalah "anak", tetapi berfungsi sebagai orang dewasa (lihat V. P. Skulachev et al., 2017. Neoteny, Pemekaran Belia: Dari Tikus Mala Naked kepada "Naked Apes" (Manusia)). Akhirnya, diketahui bahawa penggali lelaki tidak berumur dalam erti kata biasa. Sekurang-kurangnya, mereka sangat jarang mati akibat penyakit "senile" – kanser, penyakit kardiovaskular dan neurodegeneration (lihat: Apa yang menggali telanjang dan "monyet telanjang" mempunyai kesamaan ?, Unsur, 6 Mac, 2017). Tetapi adakah ini bermakna bahawa mekanisme penuaan mereka benar-benar kurang upaya?

Pengarang artikel dalam jurnal PNAS mereka memeriksa sama ada ia mungkin untuk menemui sekurang-kurangnya beberapa elemen penuaan dalam penggali telanjang. Sebenarnya, jawapan kepada soalan ini bergantung kepada apa yang dimaksudkan dengan "penuaan." Sekiranya kita menganggap organisma secara keseluruhannya, maka kerap kali penuaan merujuk kepada peningkatan kematian dengan umur: kerapian diperhatikan selepas usia tertentu: organisma yang lebih tua, semakin besar kemungkinannya mati (tidak ada keteraturan seperti usia bayi dan pembiakan). Dalam pengertian ini, penggali zaman tua tidak mudah terpengaruh (lihat J. G. Ruby et al., 2018.Kadar kematian tikus Mala-tikus dengan menentang undang-undang gompertzian dengan tidak meningkat dengan usia). Tetapi jika anda turun ke tahap sel individu, maka kriteria untuk usia tua menjadi kurang jelas. Tidak juga kadar kematian adalah sesuai (tidak semua sel yang mati di dalam badan sudah tua), atau keupayaan untuk membiak (walaupun dalam organisma yang baru lahir, tidak semua sel membahagikan), atau kehadiran "penyakit" (contohnya, sel-sel kanser mengandungi "kesalahan" dan tidak berfungsi seperti biasa, tetapi pada masa yang sama mereka secara aktif dibahagikan dan tidak sama dengan yang lama).

Takrifan tak jelas tentang sel lama masih tidak wujud. Selesema selular adalah keadaan fisiologi, yang mana sel tidak membahagikan, tidak membezakan dan mengubah metabolismenya. Pada masa ini terdapat dua cara untuk mengesan sel lama.

Yang pertama adalah pewarnaan untuk β-galactosidase (β-galactosidase). Enzim ini merosakkan gula dalam proses pencernaan intraselular. Ia biasanya aktif pada nilai keasidan neutral dan berfungsi dengan buruk dalam persekitaran berasid. Tetapi semasa penuaan, sel mula menghasilkannya dalam jumlah besar, jadi walaupun dalam persekitaran asid, aktivitinya dapat dikesan (lihat beta-galactosidase yang berkaitan dengan Senescence). Untuk melakukan ini, sel-sel dirawat dengan prekursor pewarna, yang menjadi biru selepas pembelahan dengan β-galactosidase (lihat G. P.Dimri et al., 1995. Seorang biomarker yang mengenal pasti sel kulit dalam vivo).

Kaedah kedua adalah kajian mengenai apa yang dilepaskan oleh sel kepada alam sekitar. Sel lama dicirikan oleh satu set khusus protein yang dirembes – SASP (Senencence-associated phenotype sekretariat). Ia termasuk, antara lain, protein proinflamasi, metalloproteinases (bahan saling melintang) dan faktor pertumbuhan (merangsang pembahagian sel-sel lain). Melalui bahan-bahan ini, sel lama mempengaruhi alam sekitar: ia memaksa orang-orang yang masih mampu membahagikan dan menarik sel-sel imuniti untuk membuang sel-sel yang rosak (termasuk diri mereka) dan unsur-unsur bahan antara sel. Cari protein SASP adalah tugas yang lebih sukar daripada pewarnaan, tetapi hasilnya lebih tepat.

Penyebab penuaan sel masih kontroversi. Sekurang-kurangnya empat mekanisme bebas boleh dibezakan (Rajah 2):
1) penuaan replikasi (replikative senescence). Dengan setiap pembahagian sel, ia tidak dapat dielakkan telomere dipendekkan – bahagian akhir kromosom. Dengan sendirinya, mereka tidak membawa maklumat genetik, tetapi bertindak sebagai pelindung untuk melindungi bahagian "kromosom" yang substansial. Tetapi telomere yang lebih pendek, semakin besar bahaya kehilangan maklumat genetik.Oleh itu, apabila telomere mencapai panjang tertentu, kitar sel berhenti dan pembahagian tidak lagi bermula.
2) Penuaan yang disebabkan oleh tekanan (SIPS, tekanan yang disebabkan oleh penuaan awal). Dalam proses respirasi selular dalam mitokondria, molekul terbentuk dengan radikal bebas elektron yang hilang atau tambahan. Ini adalah proses semulajadi yang sel biasanya mengawal dengan bantuan antioksidan – bahan yang meneutralkan radikal. Tetapi kadang-kadang mereka berjaya melarikan diri dari mitokondria ke dalam sitoplasma, atau masuk ke dalam nukleus sel, di mana mereka merosakkan makromolekul, termasuk protein dan DNA. Semakin lama sel, semakin banyak kerosakan yang terkumpul di dalamnya. Pada masa yang sama, pembaikan DNA (pembaikan) protein dimainkan. Apabila isyarat ralat dalam DNA menjadi agak banyak, pembaikan protein menghentikan kitaran sel. Ini adalah teori radikal bebas penuaan. Di bawah pengaruh faktor tekanan (kelaparan, radiasi, toksin), jumlah radikal meningkat, tekanan oksidatif berkembang. Sekiranya ia cukup kuat, sel boleh bertahan lama.
3) penuaan yang disebabkan oleh onkogen (penuaan yang disebabkan oleh onkogen). Terdapat pendapatpenuaan sel ini bukan sahaja kesan sampingan untuk mengumpul kerosakan, tetapi juga mekanisme perlindungan. Apabila sel normal berubah menjadi sel kanser, pada peringkat awal, proses masih boleh dihentikan. Sebaik sahaja gen dikaitkan dengan tumor mula berfungsi (contohnya, ras), program penuaan bermula selari. Dan jika tidak ada mutasi dalam gen yang menghentikan kitaran sel, maka ini menyelamatkan tubuh dari tumor baru. Oleh itu, adalah mungkin untuk menyebabkan penuaan pramatang dalam sel dengan mengaktifkannya ras atau onkogen lain (lihat M. Serrano et al., 1997. Onkogenik ras Memberi Pembezaan Sel Prematur yang Berkaitan dengan Pengumpulan p53 dan p16INK4a).
4) penuaan program (kemajuan perkembangan). Pada beberapa peringkat perkembangan embrio, bahagian jisim sel mati (contohnya, untuk pembentukan rongga atau pembentukan semula tisu). Pada masa yang sama, sel-sel "ditakdirkan" berhenti membahagikan dan memulakan program penuaan. Proses ini tidak bergantung pada panjang telomer, atau pada tahap tekanan. Ia dipercayai telah didahului secara evolusi oleh penuaan yang disebabkan oleh tekanan (lihat D. Muñoz-Espín et al., 2013). Sel-sel yang diprogramkan semasa perkembangan embrio mamalia).

Rajah. 2 Keperluan untuk berkembang, kerosakan DNA dan onkogen menyebabkan penuaan yang disebabkan oleh terprogram, tekanan yang disebabkan dan onkogen yang disebabkan oleh kedua-dua penggali telanjang dan tikus. Imej dari artikel dalam perbincangan PNAS

Sehingga baru-baru ini, hanya diketahui bahawa penggali terdedah tidak tertakluk kepada penuaan replik. Seperti tikus kecil lain, telomerase berfungsi di dalam sel – enzim yang membina telomer. Pada manusia, telomerase hanya aktif dalam sel embrio dan batang, dalam sel yang matang, gennya dimatikan. Walau bagaimanapun, di sini para juruterbang membezakan diri mereka sendiri. Urutan genom mereka telah menunjukkan bahawa gen yang mengodkan telomerase dan proteinnya yang berkaitan mempunyai perbezaan yang signifikan dari gen yang sama dari tikus yang lain. Ini menunjukkan bahawa penggali telomerase tertakluk kepada tindakan pemilihan dan kini mungkin berfungsi dengan lebih cekap daripada saudara jauhnya (lihat Genome of Naked Digger – kunci kepada rahsia panjang umur?, Elemen, 11.11.2011). Bagi mekanisme lain penuaan selular, tiada apa yang diketahui tentang mereka. Kita hanya boleh menganggap bahawa jengkaut kurang cenderung menghadapi tekanan oksidatif, kerana mereka hidup di bahagian bawah tanah yang sempit dan kurang terdedah kepada oksigen dan cahaya matahari (yang pertama menyumbang kepada pengumpulan radikal dalam sel, dan yang kedua mengandungi sinar ultraviolet yang merosakkan DNA).

Penulis artikel yang sedang dibincangkan dengan teliti memeriksa pengecutan kosong untuk kehadiran mekanisme penuaan yang dipelihara. Perkara pertama yang menarik minat mereka adalah penuaian program, sebagai mekanisme yang lebih kuno. Untuk mengesannya, mereka mengotorkan penggali telanjang yang baru lahir dan persiapan histologi organ mereka dengan β-galactosidase (Rajah 3). Ia ditemui bukan sahaja di kawasan ciri-ciri tikus – sumsum tulang dan tengkorak – tetapi juga pada kulit dan folikel rambut. Para penulis percaya bahawa fakta ini mungkin menjelaskan bagaimana penggali lelaki berjaya menghilangkan rambut – dengan bantuan sel-sel penuaan dan tidak membahagikan folikel.

Rajah. 3. Hasil pewarnaan β-galactosidase. A – jari dan kulit penggali telanjang. In – potongan jari dan gambar yang diperbesarkan di kawasan katil kuku. Dengan – memotong dan membesarkan imej kulit (di sebelah kiri) dan folikel rambut. Semua imej menunjukkan kawasan atau sel individu berwarna biru – ini adalah tanda sel lama. Imej dari artikel dalam perbincangan PNAS

Penulis kemudian cuba untuk mendorong penuaan yang disebabkan oleh kekurangan pada budaya fibroblast dari tisu embrio dan kulit penggali. Mereka mengaktifkan ekspresi gen dalam sel ras, menunggu 12 hari, dan kemudian lagi berwarna lagi untuk β-galactosidase (Rajah 4). Berdasarkan bilangan sel biru dalam gambar-gambar, mekanisme penuaan dalam jengkaut juga mungkin.

Rajah. 4 Hasil penguraian β-galactosidase dalam budaya fibroblast. A – mikrograf. Gambar baris atas – kawalan, lebih rendah – sel selepas 12 hari operasi oncogene ras. In – peratus pernafasan positif. Bar putih – sebelum pendedahan, hitam – selepas. Dari kiri ke kanan: fibroblas embrio tetikus (MEF), fibroblas kulit tikus (MSF), penggalak fibroblas embrio (NEF), fibroblas kulit penggali (NSF). Imej dari artikel dalam perbincangan PNAS

Seterusnya selaras dengan penuaan disebabkan tekanan. Penulis artikel itu memilih radiasi gamma sebagai faktor tekanan. Mereka menyerap sel-sel dengan dos kecil (10 Gy) dan lebih kuat (20 Gy), dan kemudian ternoda lagi untuk β-galactosidase dan mengukur tahap apoptosis (Rajah 5). Ternyata penuaan sel telanjang ini terdedah. Walau bagaimanapun, dos 10 Gy tidak cukup untuk menyebabkan tindak balas yang ketara: mengambil 20 Gy untuk membuat tindak balas sel-sel penggali yang setanding dengan tindak balas sel tikus pada dos radiasi yang sama.Pada masa yang sama, adalah menarik bahawa apoptosis (kematian sel yang diprogram) tidak bermula di sel-sel penggali, manakala untuk sel-sel tetikus ia adalah tindak balas ciri kepada tekanan yang teruk.

Rajah. 5 Percubaan pada penyinaran tetikus dan fibroblast fibroblast oleh radiasi gamma. A – hasil pengubahan β-galactosidase. Gambar baris atas – kawalan, purata – Penyinaran dengan dos 10 Gy, lebih rendah – dos penyinaran sebanyak 20 Gy. In – peratus pernafasan positif. F – Peratusan sel apoptotik (mati) dalam budaya. Bar putih – kawalan, kelabu – dos 10 Gy, hitam – 20 Gr. Dari kiri ke kanan: fibroblas embrio tetikus (MEF), fibroblas kulit tikus (MSF), penggalak fibroblas embrio (NEF), fibroblas kulit penggali (NSF). Imej dari artikel dalam perbincangan PNAS

Untuk memeriksa sama ada sinaran merosakkan DNA tetikus dan penggali sama, penulis artikel menggunakan kaedah komet DNA. Selepas penyinaran, DNA di dalam sel-sel diwarnai, dan membran sel telah musnah. Kemudian DNA dipaksa untuk bergerak di medan elektrik. Jika DNA rosak oleh radiasi, jurang muncul di dalamnya. Pada masa yang sama, serpihan panjang yang berbeza terbentuk, yang membentuk "ekor komet" apabila bergerak di medan elektrik (Rajah 6). Ternyata DNA rosak sama ada dalam penggali dan tikus.Ini bermakna mereka berbeza bukan dengan tahap ketahanan terhadap stres, tetapi sebagai tindak balas kepadanya. Kedua-dua mereka dan yang lain memulakan program penuaan, tetapi sel-sel penggali, tidak seperti sel-sel tikus, tidak lulus ke kematian yang diprogramkan.

Rajah. 6 Kaedah komet DNA dalam sel-sel tetikus dan penggali telanjang. Hijau bernoda dengan DNA. Dari kiri ke kanan: kawalan, penyinaran dengan dos 10 Gy, penyinaran dengan dos sebanyak 20 Gy. Dari atas ke bawah: fibroblas embrio tetikus (MEF), fibroblas kulit tikus (MSF), penggalak fibroblas embrio (NEF), fibroblas kulit penggali (NSF). Imej dari artikel dalam perbincangan PNAS

Akhirnya, penulis artikel menganalisis bagaimana ekspresi gen dalam budaya sel berubah semasa penuaan yang disebabkan oleh tekanan (Rajah 7). Inilah yang menjadi jelas hasilnya:
1) Dalam semua budaya sel, ungkapan banyak gen berubah secara serentak. Walau bagaimanapun, dalam tikus, perbezaan antara fibroblas embrio dan dewasa lebih kuat daripada dalam penggali. Ini konsisten dengan tanggapan bahawa penggali tidak praktikal "membesar".
2) Dalam semua budaya, gen SASP diaktifkan. Ini boleh dianggap sebagai pengesahan kedua bahawa penuaan sel-sel dalam penggali telanjang mungkin.
3) Set proses yang dicetuskan dan ditindas di bawah tekanan adalah berbeza antara tetikus dan penggali. Tidak seperti sel-sel murine, sel-sel penggali tidak memasuki apoptosis, seperti yang telah dinyatakan di atas. Mereka juga menyekat kerja-kerja gen yang bertanggungjawab untuk sintesis protein selular, tetapi gen yang berkaitan dengan tindak balas stres (pemisahan bahan, antioksidan, dan lain-lain) bekerja dengan lebih aktif.
4) Akhirnya, hasil yang paling mengejutkan adalah seperti berikut: sementara jumlah gen yang berubah ungkapan sebagai tindak balas terhadap radiasi lebih rendah pada penggali daripada tikus, jumlah proses yang mengubah aktiviti mereka lebih besar. Ini mungkin bermakna proses penuaan dalam penggali lebih teratur – ia cukup untuk menjalankan gen yang lebih sedikit untuk mengawal lebih banyak proses.

Rajah. 7 Ekspresi gen selepas dos penyinaran gamma sebanyak 20 Gy. Bar merah merah – Fibroblas embrio tikus, merah – Fibroblas kulit tetikus, hijau gelap – fibroblas embrio penggali, hijau – fibroblas dermal penggali. Imej dari artikel dalam perbincangan PNAS

Penulis artikel yang sedang dibahas membuktikan bahwa dalam sangkar penggalian telanjang tiga dari empat mekanisme penuaan yang diketahui dapat dilakukan.Ini tidak bermakna bahawa mereka semua (dengan pengecualian penuaan yang diprogramkan) berlaku secara normal. Tetapi ini menunjukkan bahawa, berbeza dengan idea-idea terdahulu, pengorek kosong tidak kehilangan program penuaan diri dan mampu melancarkannya. Satu lagi perkara ialah strategi tingkah laku sel mereka, yang dihadapi dengan penuaan, tidak sama dengan kita. Sel-sel penggali telanjang mengurangkan tahap keseluruhan metabolisme, oleh itu, mereka mungkin mengecilkan bahan-bahan pro-radang dan menyebabkan kerosakan pada tubuh. Pada masa yang sama, tindak balas antioksidan dipertingkatkan di dalamnya, tetapi apoptosis tidak bermula, jadi sumber sel tubuh tidak habis. Secara berasingan, perlu diperhatikan keberkesanan organisasi proses penuaan: gen yang lebih kecil diaktifkan dalam sel-sel penggali daripada pada tikus, tetapi mereka mengawalkira-kirasebilangan besar proses. Ia boleh diandaikan bahawa organisasi sedemikian membolehkan, antara lain, untuk mengekalkan metabolisme sel pada tahap yang rendah dan menjimatkan sumber.

Kajian aktif penggerudian telanjang di makmal mula agak baru, oleh sebab itu kini kebanyakan haiwan muda boleh didapati untuk belajar.Yang paling menarik, nampaknya akan bermula apabila mereka secara besar-besaran berkembang hingga 30 tahun dan akan ada peluang untuk menyiasat fisiologi sel dari penggali "lama". Oleh itu, kita dapat mengetahui apa yang berlaku kepada sel-sel penggali dalam senja kehidupan dan sama ada program penuaan sebenarnya berfungsi untuk mereka.

Sumber: Y. Zhao, A. Tyshkovskiy, D. Muñoz-Espín, X. Tian, ​​M. Serrano, J. P. de Magalhaes, E. Nevo, V. N. Gladyshev, A. Seluanov, V. Gorbunova. Tikus mole telanjang boleh menjalani perkembangan, keradangan onkogene dan DNA yang disebabkan oleh kerosakan selular PNAS. 2018. DOI: 10.1073 / pnas.1721160115.

Polina Loseva


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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