Карманный справочник врача. Основы геронтологии

Старые клетки претерпевают характерные изменения в морфологии: становятся более крупными, плоскими и гранулированными. Эти клетки часто характеризуют по экспрессии бета-галактозидазы, активной при рН = 6 (лизосомальная гидролаза, в норме активна при рН = 4).

Более специфические биологические маркеры для определения репликативного старения разделяют на несколько категорий:

• компоненты сигнальных путей, которые индуцируют и поддерживают состояние старения (индукция ингибиторов циклин-зависимых киназ р16 и р21);

• маркеры генотоксического стресса (очаги повреждения ДНК и их колокализация с теломерами);

• появление характерного, ассоциированного со старением факультативного гетерохроматина;

• секреция определенных воспалительных цитокинов и факторов, модифицирующих ткань.

Стареющие клетки, как правило, сохраняют жизнеспособность и метаболическую активность в культуре в течение длительного времени. Считают, что состояние пролиферативного (репликативного) старения характеризуется необратимой утратой клетками, израсходовавшими пролиферативный потенциал, способности синтезировать ДНК в ответ на стимуляцию сывороткой или факторами роста, однако многие гены, связанные с пролиферацией, остаются в них способными к индукции митогенами. Блок пролиферации в этом случае может быть вызван либо отсутствием факторов, инициирующих вступление в S-период клеточного цикла, либо наличием в стареющих клетках ингибиторов пролиферации.

При пролиферативном старении отмечают отсутствие экспрессии некоторых генов, обеспечивающих выход клеток из состояния покоя. В стареющих клетках подавлена экспрессия циклинов, инсулиноподобного фактора роста (IGF-1) и некоторых других факторов роста.

Детерминированность процесса клеточного старения предполагает наличие специального молекулярного механизма, позволяющего клетке «отсчитывать» число пройденных удвоений. ДНК является единственной макромолекулой, обладающей достаточной стабильностью, чтобы служить базой такого механизма. Основой функционирования «молекулярных часов» считают изменения ДНК, сопряженные с процессом ее репликации: метилирование ДНК (определенных локусов) или потеря части ДНК в результате ее неполной репликации.

В последнее время роль «молекулярных часов» многие отводят теломерам линейных хромосом эукариотических клеток. Хромосомы позвоночных оканчиваются последовательностью ТТАGGG, повторенной в теломерах сотни и тысячи раз. Соматические клетки теряют от 50 до 200 нуклеотидов при каждом клеточном делении в результате неполной репликации концов хромосом из-за особенностей молекулярного механизма репликативного синтеза ДНК (А. М. Оловников, 1972, 2007). Отстающая цепь репликативной вилки в синтезе ДНК не может синтезироваться до 5'-конца в отсутствие рибопраймера, который, в свою очередь, не образуется непосредственно на концевом фрагменте. Потери концевой ДНК делают невозможной бесконечную пролиферацию.

В противоположность соматическим смертным клеткам, то есть клеткам, обладающим пределом размножения in vitro, большинство иммортальных клеток, обладающих способностью к бесконечной пролиферации, содержит теломеразу – фермент, достраивающий свободные 3'-концы хромосом короткими повторяющимися последовательностями (в случае позвоночных – TTAGGG). В репликативном старении существуют две фазы: так называемый «ранний кризис» (связан с активацией р53 и/или ингибиторов Cdk, возможно, в ответ на укорочение теломер до какого-то критического размера или какие-то другие сигналы) и так называемая «генетическая катастрофа» (очевидно, обусловлена полной дисфункцией теломер и слипанием хромосом). Оказалось, что при инактивации р53 (что характерно для большинства различных новообразований) «ранний кризис», несмотря на «нокаут» в эксперименте теломеразы и укорочение теломер, не наблюдается.

Активизация теломеразы обнаружена в стимулированных митогенами лимфоцитах, а также в пролиферативных зонах волосяных фолликулов и кишечных крипт.

Способность клеток и организмов реагировать на внешние стимуляторы постепенно уменьшается по мере старения. Наиболее вероятно, что основой изменения клеточной реакции на внешние воздействия по мере старения являются метаболические нарушения макромолекулярного синтеза.

Широко используемыми митогенами при изучении возрастных изменений клеточного ответа являются сыворотка, гормоны и факторы роста, такие как EGF, FGF, PDGF, инсулин и инсулиноподобный фактор роста (IGF-1), глюкокортикоиды.

Культуры клеток, полученные из тканей, взятых у пациентов, имеющих синдромы преждевременного старения, прогерии, – синдром Вернера и синдром Хатчинсона-Гилфорда – дают обычно значительно более низкий ответ на стимуляцию инсулином, FGF, PDGF и сывороткой, чем клетки здоровых людей.