Толщина тонкой мембраны, окружающей наши клетки, составляет всего 5 нанометров - всего 1/20 ширины мыльного пузыря. Эта мембрана может быть легко повреждена в результате повседневной физиологической деятельности, такой как движение мышц и повреждение тканей.
В ответ на эту восприимчивость клетки вырабатывают системы репарации, которые могут устранить некоторые повреждения мембраны. Ранее считалось, что механическое повреждение клеточной мембраны приводит к двум простым результатам - восстановлению или гибели клетки. Однако в этом исследовании ученые обнаружили третий результат - клеточное старение. “Когда я начинала этот проект, моей целью было просто понять механизмы восстановления поврежденных клеточных мембран”, - вспоминает профессор Кейко Коно, руководитель отделения мембранологии и старший автор этого исследования, в котором участвовали ученые из Окинавского института науки и технологии (OIST). “Неожиданно мы обнаружили, что повреждение клеточной мембраны в некотором смысле меняет судьбу клетки”. Раковые клетки делятся бесконечно. Напротив, нормальные нераковые клетки имеют ограниченное число клеточных делений - около 50, прежде чем деление окончательно прекращается и клетки вступают в состояние, называемое клеточным старением. Эти стареющие клетки продолжают быть метаболически активными, но они продуцируют различные белки, которые могут усиливать регуляцию иммунной системы в близлежащих тканях и даже в отдаленных органах.
Этот процесс может привести как к полезным, так и к вредным изменениям в организме, таким как ускорение заживления ран, стимулирование роста рака и старение. За последнее десятилетие исследователи обнаружили, что стареющие клетки действительно существуют у животных и человека. Они также обнаружили, что удаление этих клеток может улучшить функции организма у экспериментальных животных. Однако точная причина клеточного старения у людей остается спорной темой. "Профили экспрессии генов и биоинформатика предполагают, что повреждение клеточных мембран объясняет происхождение этих клеток в нашем организме", - объясняет профессор Коно.
Наиболее известным индуктором клеточного старения является повторное клеточное деление. Многие другие стрессоры также индуцируют клеточное старение в лабораторных условиях, такие как повреждение ДНК, активация онкогенов и эпигенетические изменения. Давнее убеждение в этой области состояло в том, что различные стрессоры индуцируют старение клеток посредством активации пути реагирования на повреждение ДНК. Однако исследователи обнаружили, что повреждение клеточной мембраны запускает старение клеток с помощью другого механизма, включающего ионы кальция и ген-супрессор опухоли р53.
Ген р53, как и ген Rb, является геном-супрессором опухолей, т.е. его активность останавливает образование опухолей. Если человек наследует от своих родителей только одну функциональную копию гена р53, он предрасположен к раку, и в раннем взрослом возрасте у него обычно развивается несколько независимых опухолей в различных тканях. Это состояние встречается редко и известно как синдром Ли-Фраумени. Однако мутации р53 обнаруживаются в большинстве типов опухолей и поэтому вносят вклад в сложную сеть молекулярных событий, приводящих к образованию опухоли.
Ген p53 был картирован на хромосоме 17. В клетке белок p53 связывается с ДНК, которая, в свою очередь, стимулирует другой ген вырабатывать белок под названием p21, который взаимодействует с белком, стимулирующим деление клеток (cdk2). Когда p21 находится в комплексе с cdk2, клетка не может перейти к следующему этапу клеточного деления. Мутантный р53 больше не может эффективно связывать ДНК, и, как следствие, белок р21 не может выступать в качестве «стоп-сигнала» для деления клеток. Таким образом, клетки бесконтрольно делятся и образуют опухоли.
Эти результаты могут помочь разработать стратегию достижения здорового долголетия в будущем.