Starnutie v bunkových kultúrach. delenie Limit cell

Video: merané teloméry dožívajú vyššieho veku alebo finito od Jeunesse

Tam je limit bunkového delenia?

Predstava, že živočíšne bunky sú schopné vykonať obmedzený iba a presne definovaný počet dielikov, bol zvýšený na 1882 Weismann (Weismann, 1882), Mechnikova bola podrobne diskutované (1907), a teraz získal experimentálne potvrdenie (Mickle et al., 1975- Reincke a kol., 1975- Botnickom et al., 1976) a stali základom radu teórií starnutia (Olovnikov, 1973- Holliday, 1975).

"Starnutie" bunková kultúra je často považovaná za hlavný dôkaz o obmedzenej schopnosti buniek rozdeliť (Marx, 1974- Reincke et al., 1975- Hirsch, 1977).

V skutočnosti bolo zistené, že veľa replikativní starnutie, bunkové kultúry dochádza iba počas bunkového delenia a nie je v priamom vzťahu k intenzite ich metabolizmu.

Napríklad, ak je dočasne potlačiť delenia buniek v kultivovaných ľudských fibroblastov (klesajúcou teplotou, znížením koncentrácie séra v kultivačnom médiu, čím sa zvyšuje hustota obyvateľstva), a potom znova vytvoriť podmienky pre rast v týchto kultúrach replikativní úmrtí dochádza v období zodpovedajúcej času stráveného Kultúra neproliferiruyugtsem stáť.

Zároveň zdvojnásobenie počtu spáchal bunkovej populácie sa nemení (viď. Gavrilov, Gavrilova, 1978). Preto sa "staroby" a "dĺžka života" bunkových kultúr by mala byť určená nie kalendárny dobou, a množstvo divízií, spáchané bunky (tzv mitotické time) (Dell Orco 1974- Goldstein, Singal, 1974- Gavrilov, Yaguzhinskii, 1978).

Prakticky mitotické čas vyjadrený ako počet subkultúr (priechody), za predpokladu, že jeden priechod v pomere 1: 2, zodpovedá jednému zdvojenie populácie (Cristofalo, 1972- Goldstein, 1974), a jedno zdvojenie - delenie jednej bunkovej kultúry (Marx, 1974).

Napríklad, kultúra ľudských embryonálnych diploidný fibroblasty, ktoré sú schopné odolať o 50 + 10 pasáží v pomere 1: 2 (Hayfiick, 1965) - preto sa domnievajú, že táto kultúra sa zaväzuje 50 zdvojenie populácie (Hayfiick, Cristofalo 1969-, 1972), a bunky v kultúre môžu podiel 50 krát (Marx, 1974- Dubin, Razumova, 1975).

Avšak je známe, že mnoho buniek v tele (ako sú sliznice buniek črevnej, kože, hematopoetických a lymfoidných buniek) sú schopné zdieľať oveľa viac ako 50-krát (Dubin, Razumova, 1975- Cameron, Thrasher, 1976- Hirsch, 1977). Tento rozpor vyjadrila pochybnosti o možnosti použitia bunkových kultúr pre modelovanie s vekom zmeny, ku ktorým v organizme (Cristofalo, 1972- Cameron, Thrasher, 1976).

Zistilo sa však, že dôvodom pre túto diskusiu je v zlom výpočte zdvojením a delenie. Po prvé, bolo zistené, že jeden deň po subkultivácii kultúry ľudských fibroblastov prežilo iba 50 až 70% mladých replikácie bunkovej kultúry (Cristofalo et al., 1970) a iba 25% starej bunkovej kultúry replikácie (Good, 1972).

Preto 40-60 priechody (zdanlivý zdvojenie), 80 až 120 zodpovedajú skutočnej zdvojenie populácie (s ohľadom na bunkovú smrť) (Good, 1972). Po druhé, nie všetky fibroblasty prežili subkultivácii operácie, ktoré sú schopné delenia, podiel deliacich sa buniek je výrazne znížená, keď replikativní Senescence (viď. Výška). Vzhľadom k tejto skutočnosti a kontinuálna bunková smrť bola vypočítaná, že 40-60 pasáží v kultúre ľudských fibroblastov zodpovedajú 120-160 bunkového delenia (Good, 1972- Hirsch, 1977).

Podľa iného, presnejší výpočet tejto hodnoty je 170 + 30 divízií (Gavrilov Yaguzhinskii, 1978). Po tretie, bolo zistené, že tieto "mŕtve" kultúry ľudských fibroblastov je stále 10-20% buniek, ktoré možno rozdeliť (Cristofalo, Sharf, 1973- Milo, Hart, 1976) -, takže vo všeobecnosti nie je dôvod hovoriť o existencii obmedzenia v počte divízií všetky bunkové kultúry.

Okrem toho, analýza kinetiky rastu ľudských fibroblastových kultúr ukazujú, že absolútny počet deliacich sa buniek, vztiahnuté na celkovú populáciu fibroblastov (m. E. S ohľadom na prevádzkové subkultivácii) nikdy klesá a na konci kultivácie "živým" rastie predovšetkým v dôsledku tvorby nedeliacich buniek. To znamená, že replikačná Senescence kultúra nie je v dôsledku zmiznutie deliacich fibroblastov, a ich zriedenie nedeliacich sa bunkách (Gavrilov, Yaguzhinskii, 1978).

Preto kultúra môže byť obmedzené "život"Aj keď časť jeho bunky rozdelené do nekonečna. Ako konkrétny príklad uvažujme model založený na režime navrhnutého skôr (Osgood, 1959) pre hematopoetické bunky.

Podľa tohto modelu, v kultivovaných ľudských fibroblastov, existujú 2 typy proliferujúcich buniek: N-bunky, ktoré sú schopné vykonať obmedzený počet častí (asi 100), otočné potom k deleniu a a-bunky, ktoré rozdeľujú bez obmedzenia, a trvalo vytvorené z niekoľkých buniek množstvo n-buniek.

V najjednoduchšom prípade, že sú splnené tieto podmienky, a v prípade, bunky sa delia asymetricky do jediného bunku, ktorá je identická s rodičom (a buniek), a druhý - kategórie n-buniek. V súčasnej dobe, asymetrické rozdelenie je považovaný charakteristickým znakom väčšiny buniek v tele (Hirsch, 1977).

V tomto asymetrickom delení a počtom buniek nemôže byť zvýšená. Je ľahké si všimnúť, že riedenie populácia model deliacich sa buniek je nevyhnutná, takže bunkové kultúry budú mať obmedzenú "životnosť", aj keď na prvý pohľad sa skladá výlučne z "nesmrteľný" a bunky.

V skutočnosti sa ukázalo, že tento jednoduchý model môže kvalitatívne popísať kinetiky replikácie starnutia kultúre ľudských fibroblastov (Gavrilov, Yaguzhinskii, 1978).

Možné mechanizmy bunkových kultúr replikativní starnutie

V súčasnej dobe, špecifické mechanizmy bunkových kultúr replikativní starnutia sú neznáme, a existujúce početné predpoklady môže byť znížená na dvoch zovšeobecnených dohadom. pojem poruchy Akumulačné, poškodenie alebo chyby uvažujú procesu replikačná starnutie, v dôsledku nedokonalostí rôznych intracelulárnych systémoch, ako je napríklad prenos genetickej informácie o systéme.

Podľa spínacie hypotézy replikativní starnutie, - proces kvazidifferentsirovki kultivačné bunky, podobné diferenciácie buniek v tele (Gavrilov, Gavrilova, 1978).

Medzi mnoho hypotéz akumulácie porušenie bola rozšírená "chyba katastrofa" hypotéza Orgel (Orgel, 1963- Holliday, 1975), podľa ktorej sa na úrovni translácie hromadia chyby, čo vedie k ďalšiemu zníženiu presnosti genetických systémov prenosu informácií.

Analýza však experimentálne potvrdenie hypotézy Orgel sa ukázalo, že žiadny z nich nedokazuje platnosť tejto hypotézy (Gavrilov, Gavrilova, 1978). Najzávažnejšie vyvrátením hypotézy akumulácie poškodenia sú výsledky experimentov na replikáciu infekčného mladých aj starých kultúr herpes vírusy (Holland et al., 1973- Hayfiick, 1974), vezikulárnej stomatitídy (Holland et al., 1973- pith et al., 1974) a poliovírus (Holland a kol., 1973- Hayfiick, 1974- pith et al., 1974).

V týchto štúdiách, vírusové infekcie bola použitá ako metóda hodnotenia stavu starých replikácie bunkovej kultúry. Hlavnou výhodou vírusovej testu je, že nám umožňuje charakterizovať celkový stav bunky a identifikáciu porušení, bez ohľadu na ich špecifické povahe.

Okrem toho, táto metóda je citlivá, pretože umožňuje zistiť účinok analógov aminokyselín, a hustota obyvateľstva na stavu týchto buniek (pith et al., 1975). Napríklad, bolo zistené, že analógy aminokyselín nevýznamné prísady, ktoré znižujú rýchlosť rastu kultúry, je len 20%, čo vedie k 5 až 10-násobné zníženie počtu infekčných viriónov produkovaných z jedinej bunky (Danner et al., 1978).

Ak replikativní starnutie je skutočne spôsobené hromadením porušenie v bunkách, test vírus by odhalilo nasledujúce zmeny v bunkách "starých" kultúr: zníženie rýchlosti tvorby a dozrievania vírusov, zníženie počtu viriónov produkovaných jednej bunky, poklesu špecifického infekčnosti vírusu a zvýšiť ich tepelnú labilita, zvýšená podiel mutantných vírusov zmeniť elektroforeticky spektrum vírusových proteínov.

Avšak, žiadny z týchto zmien boli zistené (Holland et al., 1973- Hayfiick, 1974- pith et al., 1974, 1975). To znamená, že replikačná Senescence žiadny badateľný pokles presnosti systémov prenosu informácií a na jeseň syntetizujúcu schopnosti buniek.

V poslednej dobe sa stále viac uznania hypotéza predpokladá diferenciáciu buniek v kultúre, podľa ktorého sa replikativní starnutie spôsobené prepnutím režimu bunkového metabolizmu, nie je kompatibilný s rozdelením (Finch, 1976- Rheinwald, zelená, 1977- Bell et al., 1978).

Táto hypotéza je v súlade s účtom divízií, ktoré sa vyskytujú v priebehu replikácie Senescence. V skutočnosti, široká škála predmetov bolo preukázané, že metabolizmus je často nutné prejsť delenie buniek, a kritický bod v tomto prepínači sa zhoduje s syntézy DNA. Preto diferenciácie hypotéza je v súlade so skutočnosťou, že "si pamätať" počet dielikov, keď nastane replikačná Senescence v jadre.

Zdá sa, že tu máme čo do činenia s univerzálnym spínacieho ústrojenstva metabolizmu, ktorý doteraz sa neskúmal (Truman, 1976- Gavrilov, Gavrilova, 1978). Diferenciácia hypotéza predpokladá, že hybridné bunky vytvorené z postreplicative a transformovanej bunky musí byť schopný rozdeliť. V skutočnosti sa ukázalo, že heterokaryons postreplicative ľudské fibroblasty sa heteroploid zlatý škrečok je schopný urobiť 100 bunkových generácií (Goldstein, Lin, 1972).

Je tiež ukázané, že základná postreplicative ľudské fibroblasty po hybridizácii s HeLa bunkami alebo transformovaných ľudských fibroblastov začal syntetizovať DNA (Norwood et al., 1975). Bolo zistené, že replikačná Senescence ľudských fibroblastov kultúr v dôsledku zmiznutia jadrových nehistonové mRNA proteínov zapojených do aktivácie genómu počas delenia buniek (Stein, Burther, 1975).

Tento jav sa vysvetľuje tiež, s ohľadom na nasledujúce experimentálne skutočnosti: replikativní starnutie, líši spektrum jadrových proteínov a modifikuje štruktúru chromatínu tak, že jeho matrica účinok proti RNA syntézy sa zníži (Baserga, Nicolini, 1976). V dôsledku toho, replikativní starnutie možno považovať za proces spínania genómu aktivitu, tj. E. ako proces diferenciácie.

Na rozdiel od pojmov akumulácie poškodeniu diferenciácie hypotézy ľahko súhlasí s fakty o nonuniversal prevalencia replikativní starnutie, reverzibility postreplicative prechodového stavu, vysokú presnosť a rýchlosť postreplicative biochemických procesov v bunkách, a nízkej rýchlosti smrti týchto buniek.

Napokon, to len ukazuje, že obmedzený "životnosť" kultúr ľudských epidermálne keratinocyty je spojená s diferenciáciou týchto buniek (Rheinwald, Green, 1977). Pokiaľ ide o fibroblasty, je známe, že tieto bunky sa môžu diferencovať v kultúre za vzniku štiepneho adipocytov (Portugalsko, 1979).

Je možné, že tento proces je základom replikativní starnutie, fibroblastov, ale zlyhanie kultivačnej pôdy na mnohých faktorov (napr, biotín), interferuje s normálnou expresie nového fenotypu. Preto, aj keď sa hypotéza diferenciácie buniek v kultúre nie je definitívne preukázané, že je podstatne lepšia, podľa dostupných experimentálnych dát než porúch koncept skladovania.

Korelácia medzi starnutia mnohobunkových organizmov a bunkových kultúr

Gerontologists záujem samotného fenoménu "starnutie" bunkových kultúr je do značnej miery daná tým, ako je spojená so starnutím. Určité korešpondencia medzi tieto dva javy naozaj existujú (Cristofalo, 1972- Hayfiick, 1977- Gavrilov, Gavrilova, 1978).

Napríklad, bolo zistené, že replikačná životnosť z bunkových kultúr sa znižuje s rastúcim vekom darcovských buniek (Schneider, Chase, 1976- Schneider, Mitsui, 1976). Okrem toho, "životnosť" bunkové kultúry získané z rôznych zvierat je v korelácii s dĺžkou života týchto zvierat (Hayfiick, 1975).

Avšak tieto skutočnosti nepreukazujú, že základom starnutie je obmedzená schopnosť jej buniek rozdeliť. Ak by to tak bolo, potom všetky normálne bunky zvierat bude mať kultúru obmedzený "život".

V skutočnosti existuje viacero kultúr živočíšnych buniek, ktoré sú schopné neobmedzeného rastu (Cristofalo, 1972- Finch, 1976). Námietka Hayflickov (Hayfiick, 1977), že tieto bunky môžu mať odchýlku od normálnej diploidný karyotypu, v súčasnosti nemožno prijať, pretože "starnutie" kultúrach ľudských fibroblastov diploidný karyotyp tiež nie sú zachované.

V skutočnosti, replikácie staré ľudské fibroblasty obsahujú 6% a 43% polyploidné aneuploidní bunky (Thompson, Holliday, 1975). Hayflickov s ďalšími príkazy, ktoré neobmedzená schopnosť deliť iba charakteristiku transformovaných buniek (Hayflickov, 1965), takisto nemôže súhlasiť.

Napríklad, normálne bunky Drosophila imaginal diskov sú schopné neobmedzeného rastu (Finch, 1976). Na druhej strane, kultúra kuracích fibroblastov transformovaný vírusu Rousová sarkómu, má obmedzenú životnosť replikačné (Ponten, 1970- Leblond-LaRouche, Morais, 1976).

Preto akékoľvek zmeny alebo zmeny v karyotypu nie sú priamo spojené s "starnutie" bunkových kultúr.

Vyšetrovanie "starnutie" bunkových kultúr nám umožňuje určiť dôvody pre zníženie mitotickú aktivitu a mechanizmy regulácie bunkového delenia. To môže byť užitočné pri štúdiu vzorcov znížení regeneračné schopnosti tkanív a atrofia v priebehu starnutia.

Delež v družabnih omrežjih:

Podobno