Биохимия старения - [89]

Старение клеток in vitro рассматривали под другим углом зрения. Культивируемые клетки человека имеют ограниченный потенциал удвоения популяции, тем не менее иногда в культуре появляются клетки, которые делятся неопределенно долго. Кирквуд и Холлидей [68], Холлидей и др. [48] и Кирквуд [67] полагают, что клетки в культуре потенциально бессмертны, но в процессе роста культуры возникают определенные клетки, которые необратимо коммитированы к старению и смерти. Эти клетки какое-то время нормально размножаются, но после "инкубационного периода" М (который определяется числом делений между коммитированием и смертью) они стареют и погибают. Некоммитированные клетки продолжают делиться.

Предполагается, что клеточная популяция первоначально не коммитирована и может расти без ограничения, удваивая свой объем с каждым следующим делением до тех пор, пока при (М+1) — м делении не появятся погибшие клетки из числа первых коммитированных, которые уже достигли конца инкубационного периода. Тогда рост популяции замедляется и в дальнейшем зависит от значения фактора вероятности Р.

Если вероятность коммутирования и инкубационный период достаточно велики (Р>0,5), то число некоммитированных клеток в популяции прогрессивно снижается до 1 на 106 клеток, в итоге клетки погибают и выбывают из популяции. К этому времени все оставшиеся клетки коммитированы к старению, отчего популяция и становится смертной. Если вероятность коммитирований мала (Р<0,5) или продолжительность инкубационного периода невелика, то популяция может перейти в состояние устойчивого равновесия, при котором в ней будут находиться в постоянных соотношениях небольшая часть некоммитированных клеток, большое количество коммитированных и постоянная доля нежизнеспособных клеток. Размер клеточной популяции, таким образом, прямо связан с вероятностью потери последних некоммитированных клеток в культуре. Однако при обычной методике культивирования размер культуры ограничен и избыток клеток отбрасывается; если объем культуры не очень велик, то некоммитированные клетки теряются при "разведении". Обычно культуры содержат 10⁶-10⁷ клеток. Экспериментальные данные показывают, что если Р0,275, то М55-60. В зависимости от величин Р, М и числа клеток культуры либо растут непрерывно с постоянным уровнем коммитированных, некоммитированных и отживающих клеток, либо стареют и погибают. В связи с изложенным возникает ряд вопросов. Почему клетки становятся коммитированными и прекращают деление? Что влияет на этот процесс — геном или цитоплазм этические факторы? Иногда действительно в культуре находят фибробласты, которые делятся непрерывно, но они, как правило, отличаются от нормальных клеток необычным числом хромосом. Коммитирование клеток перед дифференцировкой происходит в раннем периоде развития, в результате чего некоторые клетки становятся неделящимися, т. е. постмитотическими. Это относится к нейронам, клеткам скелетной и сердечной мышц, которые синтезируют определенные белки и выполняют специфические функции. Вместе с тем некоторые клетки продолжают делиться на протяжении всей жизни, например клетки костного мозга и эпителия. Клетки того и другого типа, таким образом, являются коммитированными; как полагают, коммитирование возникает в результате дифференциальной экспрессии генов, что зависит от расположения клеток, а также от вне- и внутриклеточных факторов. Холлидей и др. [48] и Кирквуд [67] не объясняют, по какой причине клетки коммитируются к старению.

Кирквуд [67] предположил, что коммитирование соматических клеток в культуре может быть вызвано накоплением ошибок, так как этот процесс хуже регулируется вне организма. Он утверждает, что ошибки внутренне присущи всем процессам передачи макромолекулярной информации: "Для того, чтобы поддерживать дальнейшие эволюционные изменения и таким образом увеличивать возможность максимального выживания, любой организм должен совершать случайные ошибки кодирования". Создается впечатление, что организм знает, что он должен эволюционировать, и поэтому делает ошибки. Этот взгляд близок к идеям Вейсмана, которые были дискредитированы. Знает ли организм, где и когда делать ошибки, чтобы эволюционировать? Правда, если точность системы переноса информации была бы абсолютной, то, вероятно не было бы эволюции. Хоффман [47] сообщил, что механизм трансляции исключает ошибки, и, следовательно, "катастрофа ошибок" здесь невозможна. Кирквуд и Холлидей [68] указывают на нереальность такой точки зрения; они предполагают, что белоксинтезирующий аппарат может стабильно работать, даже: если он ошибается. Если обозначить общий уровень ошибок буквой R, то при малых значениях этой величины процесс накопления ошибок достигает стационарного состояния, а при больших R приводит к "катастрофе ошибок". Кирквуд и Холлидей считают, что эти явления лежат в основе эволюции. Мартин и др. [80] предположили, что in vivo клетки сохраняют способность к делению даже в старом возрасте. Средняя продолжительность жизни культуры (число удвоений популяции) составляет ∼ (42-0,2 X), где X — возраст донора. Следовательно, клетки даже 90-100-летнего индивидуума способны к 20–25 удвоениям популяции. Кирквуд [67] считает, что, как только клетки в культуре становятся коммитированными, размер популяции резко падает. Сходное положение может возникнуть in vivo, в результате чего орган теряет клетки, а следовательно, и активность. Это может быть обусловлено переходом белоксинтезирующего аппарата от стабильного состояния к нестабильному и появлением ошибок в белках.