A klonális öregedés (angolul: clonal senescence) a celluláris öregedés egy fajtája , számos mitotikusan osztódó sejt, például szomatikus sejtek vagy néhány protozoa tulajdonsága [1] , amely a sejtosztódás lelassításában, végül leállításában nyilvánul meg. A klonális öregedés leküzdhető: protozoáknál az ivaros szaporodás, amely után a szervezet helyreállítja az osztódási sebességet, a szomatikus sejtek esetében pedig a rákos átalakulás vagy külső hatások . A sejtek öregedésének jelenlétét baktériumok esetében is kimutatták, például az E. coli [2] , a C. crescentus [3] esetében .
A sejtosztódások számának korlátozása az élők sajátja, aminek köszönhetően létezhetnek többsejtű szervezetek (meg kell akadályozniuk a sejttömeg spontán osztódását, valamint harcolni kell a rák ellen) és egysejtűek (csökkentőként használják). a mutációk száma egy populációban). A sejtosztódás megállításának első bizonyított mechanizmusa a kromoszómák telomer régióinak lerövidülése, a Hayflick-határ [4] volt, azonban ez a mechanizmus messze nem az egyetlen, és sok fontos sejtfolyamathoz hasonlóan a klonális öregedést is többféleképpen szabályozzák.
Sok egysejtű élőlény életciklusában váltakozva szaporodik szexuálisan és ivartalanul, míg általában kedvező körülmények között az ivartalant részesítik előnyben (és így minden rendben van, nem kell változtatni), az ivaros pedig kockázattal és átvitellel jár. kedvezőtlen körülmények között.
Ugyanakkor minden organizmus érzékeny a mutagenezisre , amelyet vissza kell tartani. A csillósok összetett konjugációs folyamata , amely nagy kockázattal jár ezen organizmusok számára, és nem vezet számuk növekedéséhez, biztosítja a genetikai információ megújulását. Enélkül a csillósok körülbelül 200-szor osztódnak mitózissal [1] , ezután abbahagyják az osztódást, és később elpusztulnak.
Ha analógiát vonunk le az emberi sejtosztódást korlátozó ismert mechanizmussal (50 osztódás [4] ), azt feltételezték, hogy a meiózis a telomerek megnyúlását váltja ki , ami a sejtciklus más szakaszaiban nem fordult elő. Kiderült azonban, hogy csillósoknál a meiózisok közötti telomer régiók rövidülése nem figyelhető meg, miközben a DNS összmennyisége csökken.
A mai napig azt feltételezik, hogy az ivaros szaporodás segítségével olyan egyedeket selejteznek le, amelyekben kritikus számú mutáció halmozódott fel, amelyek szaporodása később káros lesz a populációra , és lehetőség van homológ javítás elvégzésére is , ami növeli a mutációt. a populáció genotípusának általános hasonlósága . Ezzel párhuzamosan nő az egyes organizmusok genotípusainak sokfélesége, ami lehetővé teszi a populáció alkalmazkodását a különféle külső körülményekhez. Mindazonáltal nem világos, hogy egyetlen DNS-károsodás halmozódása elegendő-e ahhoz, hogy a csillósokat az osztódás leállítására kényszerítse, vagy ez egy egyedi csillós számára rendkívül kedvezőtlen, de a populáció egészét megmentő genetikai program.
Hasonló öregedési mechanizmusok figyelhetők meg a baktériumokban [2] , az élesztőben [5] , ami ellentmond Charles Darwin természetes szelekciós törvényének eredeti változatának , amely azonban lehetővé tette összetett kapcsolatok, például altruizmus létezését a populációban. Sokkal logikusabb a megfigyelt jelenségeket Richard Dawkins álláspontjából vizsgálni, akit a "The Selfish Gene " című könyvében ír le .
A tudósok egyik kedvenc modellobjektuma a sütőélesztő lat. Saccharomyces cerevisiae . Rendkívül kényelmesek a nagy osztódási sebességük, a mutánsok viszonylag egyszerű beszerzése például az egerekhez képest és sok egyéb előnyük miatt, de az öregedés vizsgálata élesztőben és más egysejtű organizmusokban nem tudja szimulálni az öregedést, pl. az emberekben.
Az élesztő öregedésének tanulmányozása kétféleképpen lehetséges: a replikatív és az időbeli öregedés.
Az élesztő replikatív öregedése az élesztősejtek osztódásának természetes lelassulása, majd ezt követő leállása a mitózis következtében, attól a pillanattól kezdve, hogy egy fiatal sejt kipattan egy nagyobb élesztősejtből.
Ez a meghatározás azt mutatja, hogy a replikatív öregedés tanulmányozása csak a rügyező élesztő mitózisának aszimmetriája miatt lehetséges. Ebben az esetben egy fiatal vesét vesznek egy új szervezethez, és egy nagy sejtet egy régihez. A jövőben az öreg sejt abbahagyja az osztódást és elpusztul, míg a fiatal körülbelül 50-szer nő és rügyez.
Szigorúan véve az öregedés, mint univerzális folyamat, nem korrelál közvetlenül az élesztő replikációjának öregedésével, ami inkább a szaporodási potenciál elvesztését mutatja.
Mikroszkópos vizsgálattal és az élesztő felületén maradva a bimbózó hegek helyén kimutatták, hogy a bimbózás nem ott történik, ahol már megtörtént [6] [7] , azonban a számítás azt mutatja, hogy a felület nem korlátozza a sejtosztódások száma.
Ismeretes, hogy az extrakromoszómális cirkuláris riboszómális DNS, a sérült fehérjék és a proteolízisre képtelen fehérje-aggregátumok felhalmozódnak egy régi sejtben [5] . Nyilvánvalóan ezek a tényezők negatívan befolyásolják az öreg sejtet, egy sejtben való felhalmozódásuk és további elpusztulásuk megakadályozza a törött DNS és egyéb törmelékek terjedését a populációban.
Az élesztő időbeli vagy kronológiai öregedése a sejtek stacioner élesztőtenyészetben való időbeli túlélésének vizsgálatán alapul. Nem függ a sejtosztódásoktól, hanem csak az idő és az adott időpontban túlélő sejtek százalékos aránya jellemzi.
Az élesztő kronológiai öregedésének mechanizmusának tanulmányozása arra a váratlan következtetésre vezetett, hogy a sejthalál a helyhez kötött tenyészetben a saját metabolitjaik, különösen az ecetsav által okozott mérgezés eredményeként következik be [8] . Ez azonban nem akadályozza meg sok tudóst az élesztő kronológiai öregedésének tanulmányozásában [9] .
A prokarióta öregedés gondolata csak a közelmúltban alakult ki, mivel számos nehézség merült fel a kérdés tanulmányozása során. Valóban, ha egy organizmus bináris hasadás útján szaporodik, akkor a tudományfilozófia szempontjából nehéz meghatározni életkorát és szülő-gyermek kapcsolatát. Új kutatási módszerek és tárgyak jelentek meg, amelyek egyértelműen meghatározták ezeket a fogalmakat.
Először is, a természetben léteznek aszimmetrikusan osztódó prokarióták (a fentebb tárgyalt élesztőpéldával a kérdés az, hogy hol nem keletkezik a szülő, hol nem az utód), és ez lehetővé teszi az ilyen élőlények sorsának elemzését a megjelenéstől a halálig. . Elegánsan bebizonyosodott, hogy a C. crescentus, egy Gram-negatív oligotróf baktérium, amely édesvízi tavakban és patakokban él, és nagymértékben kötődő életmódot folytat, öregszik és irányított evolúciója az utódok korai szelekciója körülményei között káros mutációk felhalmozódásához vezet. érettebb korban. [3]
A szimmetrikusan osztódó baktériumokban, például az E. coliban van egyfajta öregedés. Mivel sejtosztódásuk mindig keresztirányú, több generáción keresztül megfigyelve szaporodásukat, és feljegyezve az osztódások közötti időt, adatokat kapunk a baktériumok replikatív öregedésére vonatkozóan. Egy ilyen kísérletet [2] még a fentebb leírtnál is korábban [3] állítottak fel , és kiderült, hogy az E. coli klónok fiziológiailag különböznek egymástól. A régebbi sejtpólusokat hordozó baktériumok (a nagy felbontású videón a pólusjelölés volt az egyetlen módja annak, hogy a sejteket szétválasszák az előfordulás idejére) lassabban osztódtak, mint az újabb klónjaik, ami a baktériumok öregedésére is utal .