Факторы старения у дрожжей.
Поскольку дрожжевые клетки могут делиться вечно, они кажутся бессмертными. Но при исследовании одной клетки, как правило, путем ручного удаления каждой произведенной дочерней клетки, обнаруживаются явные признаки старения: увеличивается размер, замедляется клеточный цикл и повышается риск летального исхода. На графике выживаемости популяции дрожжей можно увидеть типичную сигмовидную кривую старения, которая действительно очень похожа на кривые старения человека. Поэтому, если одна клетка дрожжей стареет, а дочерние клетки рождаются молодыми, омоложение должно происходить при каждом делении клетки. Благодаря относительно короткому сроку жизни и легкости генетической модификации, зарождающиеся дрожжи стали одним из наиболее часто используемых модельных организмов для исследований старения.
Одним из первых обнаруженных и наиболее характерных факторов старения у дрожжей являются экстрахромосомные круги РДНК. В силу повторяющегося характера локуса РДНК круги РДНК формируются путем гомологичной рекомбинации и один раз формируются, дублируя каждый клеточный цикл и тем самым экспоненциально накапливаясь в делящихся клетках . Они в больших количествах присутствуют в старых клетках, искусственно вводя или увеличивая их образование, сокращают продолжительность жизни, а предотвращение их образования или накопления приводит к продлению жизни. Поэтому круги РДНК отвечают всем требованиям, предъявляемым к фактору старения.
Безусловно, существуют и другие факторы старения, хотя их причинно-следственная связь со старением менее развита. К таким факторам относятся реактивные виды кислорода (РОС), карбонилизированные белки, белковые агрегаты, увеличенный размер клетки, увеличенные вакуоли, содержащие пониженный рН, фрагментацию митохондрий и пониженный мембранный потенциал, увеличенные ядра и нуклеины, накопление ядерно-порных комплексов, пониженные уровни гистонов и измененного ацетилирования гистонов, потеря глушения и гетерозиготности. В конечном счете, все это может прямо или косвенно способствовать старению. Будет трудно определить, есть ли один старческий фактор, вызывающий формирование других, или они возникают независимо друг от друга. В силу своей взаимосвязанности они могут вместе привести к потере клеточного состояния, проявляющейся в накоплении ошибок или повреждений, приводящих к краху контроля качества и, в конечном счете, к гибели клеток.
Интересно, что все описанные факторы старения асимметрично разделены по отношению к материнской клетке при делении клетки. Существует несколько гипотез о том, как достигается эта асимметрия, и она может варьироваться для разных факторов. Предложено, что круги РДНК взаимодействуют с ядерными порами, что приводит к их накоплению и удержанию в материнской клетке за счет наличия диффузионного барьера между двумя клетками. Для белковых агрегатов предполагалось, что они удерживаются в материнской клетке путем присоединения к ЭП, но в случае их сегрегации в дочерней клетке они будут деградировать или даже переноситься обратно в материнскую клетку. Это позволяет предположить, что клетки обеспечивают асимметричное разделение факторов старения на несколько уровней.
В результате асимметричного разделения факторов старения, стареет только материнская клетка, в то время как дочерняя клетка рождается полностью без повреждений и, следовательно, омолаживается. То, как клетка определенного возраста может породить молодую, омоложенную клетку, увлекало исследователей десятилетиями. Процесс омоложения является основой нашего существования, так как каждый взрослый человек должен генерировать полностью омоложенные зародышевые клетки для того, чтобы размножаться и обеспечивать выживание вида. Омоложение происходит при каждом делении клетки стареющей дрожжевой клетки, поэтому выявленные факторы старения и их клиренс могут дать важное представление о процессе омоложения у высших эукариот.
Различные пути, ведущие к клеточному омоложению. Дрожжевые материнские клетки накапливают факторы старения с последующим делением клеток, вызывающим старение и, в конечном счете, гибель клеток. Во время каждого деления клетки, факторы старения сохраняются в материнской клетке, создавая молодую, омоложенную дочернюю клетку. Фибробласты накапливают факторы старения при размножении в культуре клетки или при отборе у старых особей. Репрограммирование старых фибробластов на iPSC или iNSCs очищает факторы старения, создавая омолаживающие нейроны при дифференцировке. Напротив, прямое перепрограммирование старых фибробластов на iNs поддерживает накопленные факторы старения.
