Klonal senescens (engelska: clonal senescence) är en typ av cellulär senescens , en egenskap hos ett antal mitotiskt delande celler, såsom somatiska celler eller några protozoer [1] , som yttrar sig i att sakta ner och slutligen stoppa celldelningar. Klonalt åldrande kan övervinnas: för protozoer, sexuell reproduktion, varefter kroppen återställer delningshastigheten, och för somatiska celler, canceromvandling eller yttre påverkan . Närvaron av cellulärt åldrande har också visats för bakterier, till exempel E.coli [2] , C.crescentus [3] .
Begränsning av antalet celldelningar är en egenskap hos de levande, tack vare vilka flercelliga organismer kan existera (de måste förbjuda den spontana uppdelningen av cellmassa, samt bekämpa cancer) och encelliga (används som ett sätt att minska antalet mutationer i en population). Den första bevisade mekanismen för att stoppa celldelningar var förkortningen av telomera regioner av kromosomer, Hayflick-gränsen [4] , denna mekanism är dock långt ifrån den enda, och liksom många viktiga cellulära processer kontrolleras klonalt åldrande på flera sätt.
Många encelliga organismer i sin livscykel alternerar sexuell och asexuell reproduktion, medan asexuell som regel under gynnsamma förhållanden föredras (och så allt är bra, det finns inget behov av att ändra), och sexuell är förknippad med risk och överföring av ogynnsamma förhållanden.
Samtidigt är alla organismer mottagliga för mutagenes , vilket måste hållas inne. Den komplexa processen för konjugering av ciliater, som är förknippad med en stor risk för dessa organismer och inte leder till en ökning av deras antal, säkerställer förnyelsen av genetisk information. Utan den delar sig ciliater med mitos cirka 200 gånger [1] , varefter de slutar dela sig och dör senare.
Genom att dra en analogi med den kända mekanismen för att begränsa mänskliga celldelningar (50 delningar [4] ), föreslogs det att meios utlöser telomerförlängning , vilket inte inträffade i andra stadier av cellcykeln. Det visade sig dock att i ciliater inte observeras förkortning av telomera regioner mellan meioser, medan den totala mängden DNA minskar.
Hittills antas det att med hjälp av sexuell reproduktion utslaktas individer som har ackumulerat ett kritiskt antal mutationer, vars reproduktion senare kommer att vara skadlig för befolkningen , och det är också möjligt att utföra homolog reparation , vilket ökar övergripande likhet med populationsgenotypen . Samtidigt ökar mångfalden av genotyper av enskilda organismer, vilket gör att befolkningen kan anpassa sig till olika yttre förhållanden. Ändå är det inte klart om det räcker med en ansamling av DNA-skador för att tvinga ciliater att sluta dela sig, eller om detta är ett genetiskt program som är extremt ogynnsamt för en enskild ciliat, men som sparar för befolkningen som helhet.
Liknande mekanismer för åldrande observeras i bakterier [2] , jäst [5] , vilket motsäger den ursprungliga versionen av Charles Darwins lag om naturligt urval , som dock möjliggjorde existensen av komplexa samband, såsom altruism, i befolkningen. Det är mycket mer logiskt att betrakta de observerade fenomenen från Richard Dawkins position , som beskrivs i hans bok "The Selfish Gene ".
Ett av forskarnas favoritmodellobjekt är bagerijäst lat. Saccharomyces cerevisiae . De är extremt bekväma på grund av deras höga delningshastighet, den relativa lättheten att erhålla mutanter jämfört med till exempel möss och många andra fördelar, men studiet av åldrande i jäst och andra encelliga organismer kan inte simulera åldrande, till exempel, i människor.
Det finns två sätt att studera åldrandet av jäst - replikativt och tidsmässigt åldrande.
Replikativt åldrande av jäst är en naturlig avmattning och efterföljande stopp av jästcelldelningar som ett resultat av mitos, räknat från det ögonblick en ung cell knoppar från en större jästcell.
Denna definition visar att studiet av replikativ senescens endast är möjligt på grund av mitosens asymmetri i spirande jäst. I det här fallet tas en ung njure för en ny organism och en stor cell för en gammal. I framtiden slutar den gamla cellen att dela sig och dör, medan den unga växer och knoppar cirka 50 gånger.
Strängt taget, åldrande, som en universell process, korrelerar inte direkt med jästreplikation åldrande, vilket snarare illustrerar förlusten av reproduktionspotential.
Genom att använda mikroskopi och stanna kvar på ytan av jästen på platsen för knoppande ärr, visade det sig att knoppning inte inträffar där den redan har inträffat [6] [7] , dock visar beräkningen att ytan inte begränsar antal celldelningar.
Det är känt att extrakromosomalt cirkulärt ribosomalt DNA, skadade proteiner och proteinaggregat som inte kan proteolys ackumuleras i en gammal cell [5] . Tydligen påverkar dessa faktorer negativt den gamla cellen, deras ansamling i en cell och dess ytterligare död förhindrar spridningen av trasigt DNA och annat skräp i befolkningen.
Det tidsmässiga eller kronologiska åldrandet av jäst baseras på studiet av överlevnaden av celler i stationär jästkultur över tid. Det beror inte på celldelningar, utan kännetecknas endast av tid och andelen överlevande celler vid en given tidpunkt.
Studiet av mekanismen för jästs kronologiska åldrande ledde till den oväntade slutsatsen att celldöd i stationär kultur sker som ett resultat av förgiftning av deras egna metaboliter, i synnerhet ättiksyra [8] . Detta hindrar dock inte många forskare från att studera det kronologiska åldrandet av jäst [9] .
Idén om prokaryotisk åldrande utvecklades först på senare tid på grund av ett antal svårigheter att studera denna fråga. Om en organism reproducerar sig genom binär klyvning är det faktiskt svårt att bestämma dess ålder och förälder-barn-förhållande utifrån vetenskapsfilosofins synvinkel. Nya metoder och forskningsobjekt kom till räddningen, som entydigt definierade dessa begrepp.
För det första, i naturen finns det prokaryoter som delar sig asymmetriskt (med exemplet på jäst som diskuterats ovan är frågan var föräldern och var ättling inte uppstår), och detta gör att vi kan analysera ödet för sådana organismer från deras utseende till döden . Det är elegant visat att C. crescentus, en gramnegativ oligotrofisk bakterie som lever i sötvattensjöar och vattendrag och leder en till stor del kopplad livsstil, åldrar och riktad evolution under förhållanden med tidigt urval av avkomma leder till ackumulering av mutationer som är skadliga i en mer mogen ålder. [3]
Det finns ett slags åldrande i symmetriskt delande bakterier, som E. coli. Eftersom deras celldelning alltid går tvärs över, genom att observera deras reproduktion över tid över flera generationer och notera tiden mellan delningarna, kommer vi att få data om det replikativa åldrandet av bakterier. Ett sådant experiment [2] sattes upp ännu tidigare än det som beskrivs ovan [3] , och det visade sig att E. coli-kloner är fysiologiskt olika. Bakterier som bär äldre cellpoler (polmärkning på högupplöst video var det enda sättet att separera celler vid tidpunkten för förekomsten) delades långsammare än deras nyare kloner, vilket tyder på åldrande i bakterier också .