Примерно такой вопрос поступил от читателя статьи "Если человеческие клетки делятся только 50 раз, то почему мы до сих пор живы?". Вот этот комментарий:
А с чего бы такая тревога о стволовых клетках? Ну уменьшается их количество, и что? А то, что одной из причин нашей смерти действительно является исчерпание ресурса стволовых клеток организма. Вторая причина - гибель специализированных узко профилированных клеток, являющихся "рабочими лошадками" во всех тканях и органах нашего тела. Почему погибают, не более 50 раз поделившись, клетки-"рабочие лошадки" - об этом в статье "Самые точные биологические часы. Как их заставить повернуть вспять, а нас омолодиться?" А вот почему гибнут клетки стволовые? Попробуем разобраться. Но сначала...
Ещё раз тезисно о событиях, происходящих в организме на клеточном уровне:
1. Все клетки нашего тела очень условно можно разделить на две группы:
а) способные делиться без ограничений;
б) способные делиться не более, чем позволяет предел Хейфлика (экспериментально выявленная американцем Леонардом Хейфликом величина), то есть примерно 50 раз, после чего они самоликвидируются.
2. Клетки бесконечно делящиеся называют стволовыми. Их несколько подразделений и групп (но сейчас не об этом). Помимо стволовых к бесконечному делению способны предшественники половых клеток и клетки раковые.
3. Клетки с ограниченным числом делений - это все остальные клетки тела - высокоспециализированные, выполняющие определённую функцию в организме, те самые "рабочие лошадки" (клетки крови, кожи, мышц, слизистой кишечника и т.д., и т.п.).
4. Почему одни клетки делятся бесконечно, а другие так не могут? Здесь действуют два фактора:
а) укорачивание кончиков хромосом (теломер) при каждом клеточном делении. Когда теломеры предельно укорачиваются, деление клетки становится невозможным и она самоликвидируется (апоптоз). Есть мнение, что ограничение числа делений рабочих клеток - это эволюционный механизм, защищающий нас от их перерождения в клетки злокачественные раковые;
б) наличие/отсутствие фермента теломеразы, восстанавливающего длину теломер до прежнего уровня. У стволовых клеток, как вы уже догадались, такой фермент есть, он и позволяет их теломерам оставаться длинными, а клеткам делиться бесконечно, а у специализированных клеток такого фермента нет или почти нет.
5. Когда исчерпавшая ресурс делений специализированная клетка заканчивают свою жизнь самоубийством апоптозом, ей на смену приходит клетка стволовая. При этом стволовая клетка приобретает все свойства и качества той, чьим заместителем она становится, и теряет драгоценное бессмертие. Отныне и она может поделиться не более 50 раз... Но что интересно, стволовая клетка прежде чем из избранной превратиться в обычную рядовую делится. Причём делится асимметрично. Это как? А так, что при этом получаются две неидентичные по строению и функциям клетки:
а) одна станет той самой высокоспециализированной "рабочей лошадкой" с ограниченным сроком жизни;
б) вторая - внимание, бесконечно делящейся стволовой!
И вот на этом самом месте моего рассказа возникает проблемный вопрос:
Позвольте! Но если каждый раз на смену отработанному высокоспециализированному клеточному материалу приходит клетка стволовая, и при этом она ещё и оставляет другую стволовую вместо себя, а та в свою очередь точно так же поступит при необходимости заменить какую-то клеточную запчасть в организме, то почему же всё-таки мы умираем?! Вроде бы схема безупречна и конца-края этому процессу самовоспроизведения-равноценной замены не видится?
Ответ: а всё потому, что с возрастом количество стволовых клеток уменьшается.
Снова вопрос: так почему уменьшается-то?!
Вот и закончилась "присказка", начинается ответ на ключевой вопрос статьи: куда со временем пропадают стволовые клетки?
Предупреждаю, что окончательного ответа на этот вопрос учёные до сих пор не получили, но есть несколько предположений. О них и речь.
Предположение 1. Стволовые клетки из-за своего неограниченного деления приобретают неизбежные вредные мутации. Ведь мутация = ошибка-сбой при копировании ДНК. Чем больше делений, тем больше копирований ДНК, тем больше вероятность ошибки. А клетка-мутант, в которой накопилось большое количество генетических ошибок, прекращает быть необходимой организму стволовой клеткой, а становится клеткой раковой со всеми вытекающими...
Однако у такой точки зрения имеются серьёзные оппоненты, которые обращают наше внимание на следующее: вероятность мутаций в стволовых клетках сведена к минимуму. За это отвечает заложенная в них биологическая программа, суть которой в том, что при асимметричном делении стволовой клетки весь "клеточный мусор", в том числе повреждённые хромосомы, достаются будущей специализированной рабочей клетке, а будущая стволовая клетка при этом остаётся максимально здоровой и свободной от мутаций. Кроме того в стволовых клетках и после их формирования поддерживается высокая чистота специальными "вениками" - высокоактивными транспортными белками, выбрасывающими из клетки поступающие в неё токсины и избыточные гормоны. Такой клининговой структуры у рядовых клеток нет (видите, даже и на клеточном уровне ни о каком равноправии речи не идёт...)
Предположение 2. "Короля играют придворные" (с), если "придворные" стволовой клетки сыграют плохо, то ей на привилегированной позиции бессмертной клетки не удержаться. Кто же эти "придворные" для стволовой клетки? А это так называемые клетки-спутники, окружение стволовой клетки (стволовая ниша), которые питают, защищают, поставляют необходимые ей правильные гормоны и сигнальные белки, что и обеспечивает её покой и чистоту, а в нужный момент грамотное в соответствии с биопрограммой асимметричное деление, дающее и новую стволовую клетку, и новую клетку-работницу. При таком раскладе жить бы нам вечно. но отчего-то клетки стволовой ниши в определённый момент перестают выполнять свою обслуживающую функцию достойно, начинают халтурить. Ленятся что ли? Нет. Старятся. Они-то из числа простых "работяг". Их-то от ДНК-сбоев ничто не защищает, а "клеточный мусор" в них хотя и ликвидируется специальными структурами, но не так эффективно, как в стволовой "элите". В общем, стареют, болеют, хиреют они в обычном режиме. А уж какой эффективной работы можно ожидать от глубоких старцев? Там вовремя сигнальный белок не подали, тут нужный гормон не образовали и не пропустили, а наоборот закинули в стволовую клетку свой фактор воспаления, чем потревожили её. Не уследили, в общем, за подопечной, вот она и не сумела грамотно поделиться и оставить после себя достойную смену. Так, клетка за клеткой, и теряется почти весь стволовой запас годам к 70-ти...
Отсюда следствие: инъекции стволовых клеток в пожилой организм вряд ли высокопродуктивны, так как молодые стволовые клетки не будут достойно обслужены стареющей стволовой нишей. Эффект от подобных инъекций кратковременен.
Подводя итог,
скажу, что на мой взгляд к уменьшению количества стволовых клеток приводят все те факторы. что изложены и в первом, и во втором предположении. Часть стволовых клеток всё же подвергается мутации и становится раковыми, ведь никакие предосторожности не способны полностью устранить вероятность ошибки. Другая часть "по недосмотру" престарелой стволовой ниши либо гибнет, либо превращается в дифференцированные клетки-работницы.
Как можно противостоять данному процессу? Вопрос, ответ на который произведёт революцию в геронтологии.
Читать ещё по теме:
Самые точные биологические часы. Как их заставить повернуть вспять, а нас омолодиться?
Почему мы стареем? Ответ генетиков
Бактериальная клетка бессмертна, а человеческая - нет. Почему?
Зачем хромосомы из кольцевых превратились в линейные?
