Senescența clonală (în engleză: senescența clonală) este un tip de senescență celulară , o proprietate a unui număr de celule cu diviziune mitotică, cum ar fi celulele somatice sau unele protozoare [1] , care se manifestă prin încetinirea și, în final, oprirea diviziunilor celulare. Îmbătrânirea clonală poate fi depășită: pentru protozoare, reproducere sexuală, după care organismul restabilește rata de diviziune, iar pentru celulele somatice, transformare canceroasă sau influențe externe . Prezența îmbătrânirii celulare a fost demonstrată și pentru bacterii, de exemplu E.coli [2] , C.crescentus [3] .
Limitarea numărului de diviziuni celulare este o proprietate a celor vii, datorită căreia organismele multicelulare sunt capabile să existe (au nevoie să interzică diviziunea spontană a masei celulare, precum și să lupte împotriva cancerului) și unicelulare (utilizate ca o modalitate de a reduce numărul de mutații dintr-o populație). Primul mecanism dovedit de oprire a diviziunilor celulare a fost scurtarea regiunilor telomerice ale cromozomilor, limita Hayflick [4] , cu toate acestea, acest mecanism este departe de singurul, iar la fel ca multe procese celulare importante, îmbătrânirea clonală este controlată în mai multe moduri.
Multe organisme unicelulare în ciclul lor de viață alternează reproducerea sexuală și asexuată, în timp ce, de regulă, în condiții favorabile, se preferă asexuat (și astfel totul este bine, nu este nevoie să se schimbe), iar sexualul este asociat cu riscul și transferul. de conditii nefavorabile.
În același timp, toate organismele sunt susceptibile la mutageneză , care trebuie să fie conținută. Procesul complex de conjugare a ciliatelor, care este asociat cu un risc mare pentru aceste organisme și nu duce la creșterea numărului acestora, asigură reînnoirea informației genetice. Fără el, ciliatii se divid prin mitoză de aproximativ 200 de ori [1] , după care încetează să se divizeze și mai târziu mor.
Făcând o analogie cu mecanismul cunoscut de limitare a diviziunilor celulare umane (50 de diviziuni [4] ), s-a sugerat că meioza declanșează alungirea telomerilor , care nu a avut loc în alte etape ale ciclului celular. Cu toate acestea, s-a dovedit că la ciliați nu se observă scurtarea regiunilor telomerice dintre meioze, în timp ce cantitatea totală de ADN scade.
Până în prezent, se presupune că, cu ajutorul reproducerii sexuale, sunt sacrificați indivizi care au acumulat un număr critic de mutații, a căror reproducere va fi mai târziu dăunătoare populației și este, de asemenea, posibil să se efectueze reparații omoloage , ceea ce crește asemănarea generală a genotipului populaţiei . În același timp, diversitatea genotipurilor organismelor individuale crește, ceea ce permite populației să se adapteze la diferite condiții externe. Cu toate acestea, nu este clar dacă o acumulare de leziuni ale ADN-ului este suficientă pentru a forța ciliați să nu se mai divizeze sau dacă acesta este un program genetic extrem de nefavorabil pentru un ciliat individ, dar care economisește populația în ansamblu.
Mecanisme similare de îmbătrânire se observă la bacterii [2] , drojdii [5] , ceea ce contrazice versiunea originală a legii selecției naturale a lui Charles Darwin , care a permis însă existența unor relații complexe, precum altruismul, în populație. Este mult mai logic să luăm în considerare fenomenele observate din poziția lui Richard Dawkins , descrisă în cartea sa „ Gena egoistă ”.
Unul dintre obiectele model preferate ale oamenilor de știință este drojdia de brutărie . Saccharomyces cerevisiae . Ele sunt extrem de convenabile datorită ratei lor ridicate de divizare, ușurinței relative de a obține mutanți în comparație, de exemplu, cu șoarecii și multe alte avantaje, dar studiul îmbătrânirii în drojdie și alte organisme unicelulare nu poate simula îmbătrânirea, de exemplu, în oameni.
Există două moduri de a studia îmbătrânirea drojdiei - îmbătrânirea replicativă și temporală.
Îmbătrânirea replicativă a drojdiei este o încetinire naturală și o oprire ulterioară a diviziunilor celulare de drojdie ca urmare a mitozei, numărând din momentul în care o celulă tânără înmugurește dintr-o celulă de drojdie mai mare.
Această definiție arată că studiul senescenței replicative este posibil numai datorită asimetriei mitozei în drojdia în demn. În acest caz, un rinichi tânăr este luat pentru un organism nou și o celulă mare pentru unul vechi. În viitor, celula veche încetează să se mai divizeze și moare, în timp ce cea tânără crește și înmugurește de aproximativ 50 de ori.
Strict vorbind, îmbătrânirea, ca proces universal, nu se corelează direct cu senescența de replicare a drojdiei, ceea ce ilustrează mai degrabă pierderea potențialului de reproducere.
Folosind microscopie și rămânând pe suprafața drojdiei la locul cicatricilor înmugurite, s-a demonstrat că înmugurirea nu are loc acolo unde a apărut deja [6] [7] , cu toate acestea, calculul arată că suprafața nu limitează numărul de diviziuni celulare.
Se știe că într-o celulă veche se acumulează ADN ribozomal circular extracromozomial, proteinele deteriorate și agregatele proteice incapabile de proteoliză [5] . Aparent, acești factori afectează negativ celula veche, acumularea lor într-o celulă și moartea ei ulterioară împiedică răspândirea ADN-ului rupt și a altor resturi în populație.
Îmbătrânirea temporală sau cronologică a drojdiei se bazează pe studiul supraviețuirii celulelor în cultura staționară de drojdie în timp. Nu depinde de diviziunile celulare, ci este caracterizată doar de timp și de procentul de celule supraviețuitoare la un moment dat.
Studiul mecanismului îmbătrânirii cronologice a drojdiei a condus la concluzia neașteptată că moartea celulelor în cultură staționară are loc ca urmare a otrăvirii cu proprii metaboliți, în special acid acetic [8] . Cu toate acestea, acest lucru nu îi împiedică pe mulți oameni de știință să studieze îmbătrânirea cronologică a drojdiei [9] .
Ideea îmbătrânirii procariote a fost dezvoltată doar în trecutul recent, din cauza unei serii de dificultăți în studierea acestei probleme. Într-adevăr, dacă un organism se reproduce prin fisiune binară, este dificil să-i determine vârsta și relația părinte-copil din punctul de vedere al filozofiei științei. Noi metode și obiecte de cercetare au venit în ajutor, definind fără ambiguitate aceste concepte.
În primul rând, în natură există procariote care se împart asimetric (folosind exemplul de drojdie discutat mai sus, întrebarea este unde părintele și unde nu apare descendentul), iar acest lucru ne permite să analizăm soarta unor astfel de organisme de la apariția lor până la moarte. . Se arată în mod elegant că C. crescentus, o bacterie oligotrofă gram-negativă care trăiește în lacurile și pâraiele de apă dulce și duce un stil de viață în mare măsură atașat, îmbătrânește și evoluție direcționată în condițiile selecției timpurii a descendenților duce la acumularea de mutații dăunătoare. la o vârstă mai matură. [3]
Există un fel de îmbătrânire în bacteriile care se divid simetric, cum ar fi E. coli. Deoarece diviziunea lor celulară trece întotdeauna, observând reproducerea lor în timp de-a lungul mai multor generații și notând timpul dintre diviziuni, vom obține date despre îmbătrânirea replicativă a bacteriilor. Un astfel de experiment [2] a fost pus la punct chiar mai devreme decât cel descris mai sus [3] , și s-a dovedit că clonele de E. coli sunt diferite din punct de vedere fiziologic. Bacteriile care poartă poli de celule mai vechi (etichetarea polilor pe videoclipuri de înaltă rezoluție a fost singura modalitate de a separa celulele până la momentul apariției) s-au divizat mai lent decât clonele lor mai noi, sugerând și îmbătrânirea bacteriilor .