הרעיון שניתן לקבוע את ההזדקנות מרגע הלידה הועלה על ידי המדען הדרוויני הגרמני אוגוסט וייסמן (פרידריך לאופולד אוגוסט וייסמן, 1834-1914). בהרצאתו המפורסמת בשנת 1891, הציע וייסמן כי מוות מזקנה התעורר במהלך האבולוציה:<Я рассматриваю смерть не как первичную необходимость, а как нечто приобретенное вторично в процессе адаптации:>.

גישות לסיווג תיאוריות הזדקנות

ניתן לסווג תיאוריות המסבירות את ההזדקנות של אורגניזמים בדרכים שונות.
למשל, יש חלוקה לשלוש קבוצות: תיאוריות גנטיות, שבהן מתוכנתים מבוקר גנטי<биологические часы>, כגון טלומרים מווסתים צמיחה, בגרות וזקנה, תיאוריות נוירואנדוקריניות ותיאוריות הצטברות נזקים. באופן כללי, החלוקה הזו היא מותנית למדי, מכיוון שכל המנגנונים הללו חשובים ומקושרים ביניהם.

יש גם 2 קבוצות גדולות: תיאוריות סטוכסטיות (הסתברותיות) ותיאוריות הזדקנות מתוכנתות.
אפשר לסווג תיאוריות לפי רמת הארגון של החומר החי.
לפי V.N. אניסימוב, ראש האגודה הרוסית הגרונטולוגית, התיאוריות הבולטות ביותר הן תיאוריית הרדיקלים החופשיים שהועלתה בשנת 1956 על ידי ד' הרמן (הרמן, 1956, 1998), התיאוריה של ל. הייפליק על הזדקנות תאית (שכפול) (הייפליק, מורהד, 1961). ; Hayflick, 1998), תיאוריית הטלומרים מאת A.M. Olovnikov (Olovnikov, 1971; Olovnikov, 1996), תיאוריית הגובה של ההזדקנות מאת V.M. דילמן (Dilman, 1987; Dilman, 1971, 1994) ותיאוריית הסומא המתכלה של T. Kirkwood (Kirkwood, 1997, 2002). תיאוריית הרדיקלים החופשיים שהועלתה בשנת 1956 על ידי D. Harman, תיאוריית ההזדקנות התאית (רפליקטיבית) מאת L. Hayflick והתיאוריה הטלומרית מאת A. M. Olovnikov, תיאוריית הגובה של ההזדקנות מאת V. M. Dilman.

סיווג תיאוריות של הזדקנות סטוכסטית

(שולץ-אילן, 1997)

• תורת המוטציות הסומטיות - מוטציות סומטיות משבשות מידע גנטי ומפחיתות את תפקוד התא
• קטסטרופה של שגיאות - שגיאות בתהליכי תמלול ו/או תרגום מפחיתות את יעילות התא
• נזקי DNA, תיקון DNA – נזקי DNA מתקנים כל הזמן במנגנונים שונים. יעילות התיקון נמצאת בקורלציה חיובית עם תוחלת החיים ויורדת עם הגיל
• פגיעה בחלבונים - חריגות קונפורמציות של חלבונים ואנזימים (צולבים) פוגעות בתפקוד התא
• קישורים צולבים - קישורים צולבים כימיים של מקרומולקולות חשובות (כגון קולגן) מובילים לתפקוד לקוי של תאים ורקמות
• בלאי – הצטברות נזקים בחיי היום יום מפחיתה את יעילות הגוף

סיווג תיאוריות של הזדקנות מתוכנתת

(שולץ-אילן, 1997)

• תיאוריות גנטיות – הזדקנות נגרמת על ידי שינויים מתוכנתים בביטוי הגנים, או מביטוי של חלבונים ספציפיים
• גנים למוות - ישנם גנים למוות של תאים
• מוות סלקטיבי - מוות תאי נובע מנוכחותם של קולטני ממברנה ספציפיים
• קיצור טלומרים - קיצור טלומרים עם הגיל במבחנה ובאינבו מוביל לאי יציבות כרומוזומים ומוות תאים
• הפרעות של דיפרנציאציה - שגיאות במנגנוני ההפעלה-דיכוי של גנים, המובילות לסינתזה של חלבונים עודפים, לא חיוניים או מיותרים.
• הצטברות<загрязнений>- הצטברות של תוצרי פסולת של חילוף החומרים מפחיתה את כדאיות התא
• תיאוריות נוירואנדוקריניות - אי ספיקה של מערכת העצבים והאנדוקרינית בשמירה על הומאוסטזיס. אובדן הומאוסטזיס מוביל להזדקנות ומוות
• תיאוריה אימונולוגית - אללים מסוימים יכולים להגדיל או להקטין את תוחלת החיים.
• תיאוריות מטבוליות - אריכות ימים עומדת ביחס הפוך לקצב חילוף החומרים
• תיאוריית הרדיקלים החופשיים - אורך החיים עומד ביחס הפוך למידת הנזק של הרדיקלים החופשיים ובפרופורציה ישירה ליעילותן של מערכות נוגדי חמצון
• שעון הזדקנות - הזדקנות ומוות הם תוצאה של תוכנית ביולוגית שנקבעה מראש
• תיאוריות אבולוציוניות – הברירה הטבעית מבטלת פרטים לאחר שהולידו צאצאים

סיווג תיאוריות ההזדקנות החשובות ביותר לפי רמת האינטגרציה

(יין, חן, 2005)

רמת שילוב האורגניזם
תורת הלבוש - סאכר, 1966
תורת הקטסטרופה של טעויות - אורגל, 1963
תורת פציעות מאמץ - Stlye, 1970
תיאוריית השיכרון האוטומטי - מטשניקוף, 1904
תורת האבולוציה (תיאוריית ההזדקנות המתוכנתת) - וויליאמס, 1957
תיאוריית שימור המידע (תיאוריית ההזדקנות המתוכנתת)

רמת איבר
התיאוריה האנדוקרינית - קורנצ'בסקי, 1961
תיאוריה אימונולוגית - וולפורד, 1969
עיכוב של המוח

רמה סלולרית
תורת קרום התא - Zg-Nagy, 1978
תיאוריית המוטציות הסומטיות - Szillard, 1959
תיאוריית המיטוכונדריה - Miquel et al., 1980
תיאוריה מיטוכונדריאלית-ליזומלית - בראנק, טרמן, 2002
תיאוריית גבול התפשטות התא (תיאוריית ההזדקנות המתוכנתת) - הייפליק, מורהד, 1961

ברמה המולקולרית
תיאוריית הצטברות נזקי DNA - וילנצ'יק, 1970
תורת יסודות הקורט - אייכהורן, 1979
תיאוריית הרדיקלים החופשיים - הרמן, 1956
Theory of Peppered Crosslinks - ביורקסטן, 1968
תורת הלחץ החמצוני - סוהל, אלן, 1990; יו, יאנג, 1996
התיאוריה של גליקוזילציה לא אנזימטית - Cerami, 1985
תורת שיכרון הקרבוניל - Yin, Brunk, 1995
תיאוריית קטסטרופה של זיהום - טרמן, 2001
תיאוריה של מוטציות גנים
התיאוריה של קיצור הטלומרים (תיאוריית ההזדקנות המתוכנתת) - אולובניקוב, 1971

גישות אחרות
הזדקנות כאנטרופיה - סאכר, 1967; בורץ, 1986
תיאוריות מתמטיות ותיאוריות מאוחדות שונות - סוהל, Alle, 1990;
Zg-Nagy, 1991; קוואלד, קירקווד, 1994

תיאוריית ההזדקנות הרדיקלית החופשית של דנהם הרמן

תורת ההזדקנות הסלולרית של לאונרד הייפליק

תורת הגבהה של ההזדקנות

היא הונחה וביססה בתחילת שנות ה-50 של המאה הקודמת על ידי המדען לנינגרד ולדימיר דילמן. לפי תיאוריה זו, מנגנון ההזדקנות מתחיל את עבודתו בעלייה מתמדת בסף הרגישות של ההיפותלמוס לרמת ההורמונים בדם. כתוצאה מכך, ריכוז ההורמונים במחזור עולה. כתוצאה מכך נוצרות צורות שונות של מצבים פתולוגיים, לרבות אלו האופייניים לגיל מבוגר: השמנת יתר, סוכרת, טרשת עורקים, קנקריופיליה, דיכאון, דיכוי חיסוני מטבולי, יתר לחץ דם, הסתגלות יתר, מחלות אוטואימוניות וגיל המעבר. מחלות אלו מובילות להזדקנות ובסופו של דבר למוות.
במילים אחרות, בגוף קיים שעון ביולוגי גדול שיספור את זמן החיים שהוקצב לו מלידה ועד מוות. ברגע מסוים, השעונים הללו מפעילים תהליכי הרס בגוף, הנקראים בדרך כלל הזדקנות.
לדברי דילמן, הזדקנות ומחלות נלוות הן תוצר לוואי של יישום התוכנית הגנטית של אונטוגנזה - התפתחות הגוף.
מהמודל האונטוגנטי נובע שאם מצב ההומאוסטזיס יתייצב ברמה שהגיעה עד סוף התפתחות האורגניזם, אזי ניתן להאט את התפתחות המחלות ושינויים סניליים טבעיים ולהגדיל את גבולות המין של האדם. חַיִים.
הורד את ספרו של ו' דילמן "שעון ביולוגי גדול"

תורת סומא מתכלה (חד פעמית).

תיאוריה צולבת

מנגנון ההזדקנות הזה דומה קצת לרדיקלים חופשיים. רק את התפקיד של חומרים אגרסיביים כאן ממלאים סוכרים, קודם כל, גלוקוז, שתמיד קיים בגוף. סוכרים יכולים להגיב כימית עם חלבונים שונים. במקרה זה, מטבע הדברים, ניתן להפריע לתפקודים של חלבונים אלה. אבל מה שהרבה יותר גרוע, למולקולות סוכר, בשילוב עם חלבונים, יש את היכולת<сшивать>מולקולות חלבון זו לזו. בגלל זה, התאים מתחילים לעבוד גרוע יותר. הם צוברים פסולת סלולרית.
אחד הביטויים של קישור צולב כזה של חלבונים הוא אובדן גמישות הרקמה. כלפי חוץ, הבולט ביותר הוא הופעת קמטים על העור. אבל הרבה יותר נזק נובע מאובדן הגמישות של כלי הדם והריאות. באופן עקרוני, לתאים יש מנגנונים להרוס קישורים צולבים כאלה. אבל תהליך זה דורש מהגוף הרבה אנרגיה.
כיום כבר קיימות תרופות שמפרקות את הקשרים הפנימיים והופכות אותם לחומרי הזנה לתא.

תורת השגיאות

הַשׁעָרָה<старения по ошибке>הועלה ב-1954 על ידי הפיזיקאי האמריקני מ' סילארד. בחקר השפעות הקרינה על אורגניזמים חיים, הוא הראה כי פעולת הקרינה המייננת מפחיתה משמעותית את תוחלת החיים של אנשים ובעלי חיים. בהשפעת הקרינה מתרחשות מוטציות רבות במולקולת ה-DNA וחלק מתסמיני ההזדקנות מתחילים, כגון שיער אפור או גידולים סרטניים. מהתצפיות שלו הסיק סילארד שמוטציות הן הגורם הישיר להזדקנות של אורגניזמים חיים. עם זאת, הוא לא הסביר את עובדת ההזדקנות של אנשים ובעלי חיים שלא נחשפו לקרינה.
חסידו ל' אורגל האמין שמוטציות במנגנון הגנטי של תא יכולות להיות ספונטניות או להתרחש בתגובה לגורמים אגרסיביים - קרינה מייננת, קרינה אולטרה סגולה, חשיפה לווירוסים וחומרים רעילים (מוטגניים) וכו'. עם הזמן, מערכת תיקון ה-DNA מתבלה, וכתוצאה מכך להזדקנות הגוף.

התיאוריה של אפופטוזיס (התאבדות תאים)

אקדמאי V.P. סקולאצ'ב מכנה את התיאוריה שלו בתור התיאוריה של אפופטוזיס תאי. אפופטוזיס (גר.<листопад>) הוא תהליך של מוות תאי מתוכנת. כפי שעצים נפטרים מחלקים כדי לשמר את השלם, כך כל תא בודד, לאחר שעבר את מחזור חייו, חייב למות ואחד חדש חייב לתפוס את מקומו. אם תא נדבק בנגיף, או שמתרחשת בו מוטציה שמובילה לממאירות, או פשוט פוקעת, אז כדי לא לסכן את האורגניזם כולו, הוא חייב למות. בניגוד לנמק - מוות אלים של תאים עקב פציעה, כוויות, הרעלה, מחסור בחמצן כתוצאה מחסימה של כלי דם ועוד, בזמן אפופטוזיס התא מפרק את עצמו בצורה מסודרת לחלקים, ותאים שכנים משתמשים בשבריו כבניין חוֹמֶר.
גם מיטוכונדריה עוברות הרס עצמי - לאחר שלמד תהליך זה, סקולאצ'ב כינה אותו מיטופטוזיס. מיטופטוזיס מתרחשת כאשר יותר מדי רדיקלים חופשיים מיוצרים במיטוכונדריה. כאשר מספר המיטוכונדריות המתות גבוה מדי, תוצרי הריקבון שלהן מרעילים את התא ומובילים לאפופטוזיס שלו. ההזדקנות, מנקודת מבטו של סקולאצ'ב, היא תוצאה של העובדה שיותר תאים מתים בגוף ממה שנולדים, ותאים מתפקדים גוססים מוחלפים ברקמת חיבור. המהות של עבודתו היא החיפוש אחר שיטות לנטרל הרס של מבנים תאיים על ידי רדיקלים חופשיים. לדברי המדען, זקנה היא מחלה שניתן וצריך לטפל בה, ניתן להשבית את תוכנית ההזדקנות של הגוף ובכך לכבות את המנגנון המקצר את חיינו.
לפי Skulachev, סוג החמצן התגובתי העיקרי שמוביל למוות של מיטוכונדריה ותאים הוא מי חמצן. נכון לעכשיו, בהנהגתו, נבדקת התרופה SKQ, המיועדת למנוע סימני הזדקנות.
ראיון עם נובאיה גאזטה

תיאוריה אדפטיבית-רגולטורית

מודל ההזדקנות שפותח על ידי הפיזיולוגית והגרונטולוג האוקראיני המצטיין V.V. פרולקיס בשנות ה-60 וה-70 מבוסס על התפיסה הרווחת לפיה זקנה ומוות מתוכנתים גנטית.<Изюминка>התיאוריה של פרולקיס היא שהתפתחות הגיל ותוחלת החיים נקבעות על ידי האיזון בין שני תהליכים: יחד עם התהליך ההרסני של ההזדקנות, התהליך<антистарения>, שעבורו הציע פרולקיס את המונח<витаукт>(lat. vita - חיים, אוקטום - עלייה). תהליך זה מכוון לשמירה על כדאיות הגוף, הסתגלותו והגדלת תוחלת החיים. רעיונות על אנטי אייג'ינג (vitaukte) הפכו נפוצים. כך, בשנת 1995, נערך בארצות הברית הקונגרס הבינלאומי הראשון בנושא זה.
מרכיב מהותי בתיאוריה של פרולקיס הוא השערת הוויסות הגנים שפותחה על ידו, לפיה מנגנוני ההזדקנות העיקריים הם הפרעות בעבודתם של גנים מווסתים השולטים בפעילות הגנים המבניים וכתוצאה מכך בעוצמת הסינתזה. של חלבונים המקודדים בהם. הפרות הקשורות לגיל של ויסות גנים עלולות להוביל לא רק לשינוי ביחס של חלבונים מסונתזים, אלא גם לביטוי של גנים לא פעילים בעבר, להופעת חלבונים שלא מסונתזים בעבר, וכתוצאה מכך להזדקנות ולמוות של תאים.
VV Frolkis האמין שמנגנוני וויסות גנים של הזדקנות הם הבסיס להתפתחות סוגים נפוצים של פתולוגיה הקשורה לגיל - טרשת עורקים, סרטן, סוכרת, פרקינסון ואלצהיימר. בהתאם להפעלה או דיכוי של הפונקציות של גנים מסוימים, תסמונת הזדקנות זו או אחרת, תתפתח פתולוגיה זו או אחרת. בהתבסס על רעיונות אלה, הועלה הרעיון של טיפול רגולטורי גנטי, שנועד למנוע את השינויים העומדים בבסיס התפתחות הפתולוגיה הקשורה לגיל.

תורת החדירות של אולובניקוב

מולקולת ה-DNA ה-Redusome הליניארית המצופה בחלבון היא העתק של קטע של DNA כרומוזומלי. קֵן. בדומה ל-DNA טלומרי, ה-DNA ליניארי רדוזום מתקצר עם הזמן. לכן, רדוזומים זעירים פוחתים בהדרגה בגודלם; מכאן שמם. יחד עם אובדן ה-DNA ב-redusome, מספר הגנים השונים הכלולים בו פוחת גם הוא. קיצור מולקולות ה-DNA הרדוזומליות (והשינוי הנובע מכך במערך הגנים ברדוזומים) משנה את רמת הביטוי של גנים כרומוזומליים שונים עם הגיל, ולכן, משמש כאמצעי מרכזי למדידת זמן ביולוגי בהתפתחות הפרט.

בשנת 1882, הביולוג הגרמני א. וייסמן הניח בעבודתו כי תאים סומטיים מסוגלים למספר מוגבל של חלוקות, וזו הסיבה לתוחלת החיים המוגבלת. תוחלת החיים השונה של בעלי חיים הוסברה על ידו במספר שונה של חלוקות תאים אפשריות. הרעיון שלו לדלדל את יכולתם של תאים להתחלק עם הגיל הפך לפופולרי מאוד.

בשנים 1912-1913, A. Carrel ו- A. Ebeling, בהסתמך על ניסויים עם פיברובלסטים של לב עוף מחוץ לגוף, הראו שבתנאים מתאימים, תאים יכולים להתרבות כמעט ללא הגבלה. בעולם המדעי, התבסס הרעיון ההפוך שהתאים הסומטיים המרכיבים את האורגניזם התמותה הם בעלי פוטנציאל אלמוות.

לכן החלו לחפש את הסיבות להגבלת תוחלת החיים ברמה הפיזיולוגית העל-תאית, לרבות ברמת הוויסות ההורמונלי. הפופולריות של רעיון זה הייתה גבוהה מאוד, ולכן פשוט התעלמו מהחריגים השונים ל"כלל" זה.

E. Swim בשנת 1956, לאחר שלמד עבודות רבות וערך מחקר משלו, החליט לשנות את תורתו של קארל. הוא הגיע למסקנה שתאים המסוגלים להתחלק בלתי מוגבלות עוברים ניוון לא ספציפי. כמו כן, הוסקתה מסקנה חשובה כי הפסקת שגשוג תאים אינה חפץ מתודולוגי עקב גורמים כמו גודל החיסון, סביבה רעילה או חוסר יכולת של תאים להתרבות על זכוכית. לתאים יש הגבלה על מספר החלוקים. עם זאת, לא היה קל להביס את הרעיון הישן.

בשנות ה-60 וה-70 פרסם ל' הייפליק סדרה של מאמרים מדעיים ופופולריים על תוצאות של טיפוח ארוך טווח של פיברובלסטים אנושיים. המסמכים שלו אישרו את ממצאיו של Swim ועוררו עניין רב ופרסום רחב. תופעה זו נקראת גבול הייפליק.

מהי הסיבה להגבלת חלוקת התא? האם יש מונה לחלוקת תאים? התאים של רקמות הגוף מתמחים וחלקם, בתהליך ההתמיינות שלהם, פשוט מאבדים את היכולת להתחלק, למשל, תאי עצב. עם הגיל, מבנים תאיים נשחקים, מנגנוני תיקון (החלמה), מערכת מורכבת של מיטוזת תאים פועלת בפחות עוצמה.

ללא ספק, זהו המקרה. לאחרונה יחסית, תשומת הלב הופנתה לתלות באורך הטלומרים של הכרומוזומים ובגיל האדם. טלומרים הם קצוות הכרומוזומים. התברר שככל שהאדם מבוגר יותר, כך האורך הממוצע שלו קצר יותר. כל חלוקת תא מובילה לירידה באורך הטלומרים, אשר מוסברת על ידי מנגנון שכפול הכרומוזומים, ליתר דיוק, הספציפיות של הפולימראז.

הוכח בניסוי כי עלייה באורך הטלומרים מובילה לעלייה במספר חלוקות התאים. מסביב לאזור הטלומרים נאספים מספר רב של גנים שונים. בהחלט ייתכן ששינוי באורך הטלומרים בא לידי ביטוי בביטוי של אזורים מסוימים הממוקמים ליד הטלומרים. נכון לעכשיו, המחקר של תחומים אלה פעיל למדי.

האם תהיתם פעם מדוע תאים סרטניים הם צעירים מבחינה פיזיולוגית ויש להם יכולת להתחלק אינסופית? קווי תאים סרטניים רבים קיימים כבר עשרות שנים ואינם מראים נטייה לירידה בפעילותם. כמובן, תאים סרטניים עוברים פישוט.

לתאי סרטן יש מנגנונים שונים לעקוף את הגבול הזה. לתאים אלו יש חילוף חומרים פעיל יותר מאשר לתאים בריאים. חלוקה תכופה מובילה לעובדה שהם צריכים כל הזמן ליצור מחדש את האלמנטים שלהם, שכן הם מופצים בין תאי הבת.

לכן, תמיד יש להם חלבונים צעירים בעלי פוטנציאל גבוה יותר מאשר מבוגרים. לכן הכלוב למעשה אינו נשחק. נשאלת השאלה, מה אם ננסה להתגבר על גבול הייפליק לתאים בריאים? התברר שהמשימה הזו אינה פנטסטית לחלוטין. התברר שיש אנזים כזה טלומראז. המשימה שלו היא להגדיל את הטלומרים של הכרומוזומים; הוא אינו פעיל רק בתאים מובחנים (מתמחים).

מה אם תנסה להפעיל אותו? במשך זמן רב, הכל נשען על העובדה שתאים מובחנים עם טלומראז פעיל רכשו את התכונות של תאים סרטניים. כתוצאה מהמחקר, ניתן היה לשנות את הטלומראז באופן שלתאים עם טלומראז עובד היו תכונות תקינות.

מצד אחד, אם נתגבר על מגבלת הייפליק, אז נוכל להספיק מכמה סוגים של תאים מובחנים. אבל הגבול הזה נקבע על ידי הטבע, כביכול, מתוך מטרה הגנה. אם תא יוצא משליטה מסיבה כלשהי, והגוף לא מצליח להרוג אותו או לאלץ אותו להתאבד (אפופטוזיס), אז הוא יתחלק במשך זמן רב, ידכא תאים נורמליים שכנים, כמו במקרה של סרטן. לכן, אתה צריך ללכת בדרך זו בזהירות רבה.

מבוא

בעיית הזדקנות הגוף והארכת חיי אדם היא אחד הנושאים החשובים ביותר שעניינו כמעט כל ציוויליזציה אנושית. חקר מנגנוני ההזדקנות של גוף האדם נותרה בעיה דחופה ביותר כיום. נציין רק מדד דמוגרפי אחד: עד תחילת המאה ה-21, במדינות מפותחות, חלקה של האוכלוסייה בגילאי 65 ומעלה הוא 10-14%. לפי התחזיות הקיימות, נתון זה יוכפל תוך 20 שנה. הזדקנות האוכלוסיה מציבה בעיות רבות ובלתי פתורות עבור הרפואה המודרנית, לרבות המשימה להאריך חיים במצב של זקנה פעילה למשך פרק זמן משמעותי. אי אפשר לפתור את הבעיה הגרנדיוזית הזו בלי שיהיה לך מושג לגבי מנגנוני ההזדקנות של האורגניזם. נתמקד רק בדיון במנגנוני הזדקנות התאים, ובאלה שנקבעו גנטית, כלומר הטבועים בגוף האדם מלידה ועד מוות.

מגבלת הייפליק

בשנת 1961, הציטולוג האמריקאי לאונרד הייפליק, יחד עם מדען אחר פ. מורהד, ערכו ניסויים בגידול פיברובלסטים עובריים אנושיים. חוקרים אלו הניחו תאים בודדים בתווך תזונתי (לפני הדגירה טופלה הרקמה בטריפסין, עקב כך הרקמה התפרקה לתאים בודדים). בנוסף, L. Hayflick ו-P. Moorhead השתמשו בתמיסה של חומצות אמינו, מלחים וכמה רכיבים אחרים במשקל מולקולרי נמוך כמדיום תזונתי.

החלה חלוקת פיברובלסט בתרבית הרקמה, וכאשר שכבת התאים הגיעה לגודל מסוים, היא חולקה לשניים, טופלה שוב בטריפסין והועברה לכלי חדש. מעברים אלה נמשכו עד שחלוקת התא פסקה. באופן קבוע תופעה זו התרחשה לאחר 50 חלוקות. תאים שהפסיקו להתחלק מתו לאחר זמן מה. הניסויים של ל' הייפליק ופ' מורהד חזרו על עצמם פעמים רבות במעבדות שונות במדינות רבות בעולם. בכל המקרים התוצאה הייתה זהה: תאים מתחלקים (ולא רק פיברובלסטים, אלא גם תאים סומטיים אחרים) הפסיקו להתחלק לאחר 50-60 מעברים. המספר הקריטי של חלוקות תאים סומטיות נקרא גבול הייפליק. מעניין שעבור תאים סומטיים ממינים שונים של בעלי חוליות, מגבלת הייפליק התבררה כשונה ומתואמת עם תוחלת החיים של אורגניזמים אלה.

הם מתים לאחר כ-50 חלוקות ומראים סימני הזדקנות כשהם מתקרבים לגבול זה.

גבול זה נמצא בתרביות של כל התאים המובחנים לחלוטין, הן בבני אדם והן באורגניזמים רב-תאיים אחרים. המספר המרבי של חלוקות משתנה בהתאם לסוג התא ומשתנה אף יותר בהתאם לאורגניזם. עבור רוב התאים האנושיים, מגבלת הייפליק היא 52 חלוקות.

גבול הייפליק קשור להפחתה בגודל הטלומרים, מתיחות ה-DNA בקצוות הכרומוזומים. אם לתא אין טלומראז פעיל, כפי שיש לרוב התאים הסומטיים, גודל הטלומרים יורד עם כל חלוקת תא מכיוון ש-DNA פולימראז אינו מסוגל לשכפל את קצוות מולקולת ה-DNA. עם זאת, בשל תופעה זו, הטלומרים אמורים להתקצר לאט מאוד - במספר (3-6) נוקלאוטידים למחזור תא, כלומר, עבור מספר החלוקים המקבילים לגבול הייפליק, הם יתקצרו ב-150-300 נוקלאוטידים בלבד. נכון לעכשיו, הוצעה תיאוריה אפיגנטית של הזדקנות, המסבירה את שחיקת הטלומרים בעיקר על ידי פעילותם של רקומבינאזות תאיות המופעלות בתגובה לנזק ל-DNA, הנגרם בעיקר על ידי דחיקה הקשורה לגיל של יסודות גנום ניידים. כאשר לאחר מספר מסוים של חלוקות, הטלומרים נעלמים לחלוטין, התא קופא בשלב מסוים של מחזור התא או מתחיל בתוכנית של אפופטוזיס, תופעה של הרס תאים חלקים שהתגלתה במחצית השנייה של המאה ה-20, המתבטאת בעצמה. בירידה בגודל התא ובמזעור כמות החומר הנכנסת לחלל הבין-תאי לאחר הרס.

הערות

ראה גם

קרן ויקימדיה. 2010 .

ראה מהי "מגבלה של הייפליק" במילונים אחרים:

Limit או Hayflick limit (eng. Hayflick limit) את הגבול של חלוקת תאים סומטיים, על שם מגלה לאונרד הייפליק. בשנת 1965, הייפליק הבחין כיצד תאים אנושיים המתחלקים בתרבית תאים מתים בערך לאחר ... ויקיפדיה

Limit או Hayflick limit (eng. Hayflick limit) את הגבול של חלוקת תאים סומטיים, על שם מגלה לאונרד הייפליק. בשנת 1965, הייפליק הבחין כיצד תאים אנושיים המתחלקים בתרבית תאים מתים בערך לאחר ... ויקיפדיה

Limit או Hayflick limit (eng. Hayflick limit) את הגבול של חלוקת תאים סומטיים, על שם מגלה לאונרד הייפליק. בשנת 1965, הייפליק הבחין כיצד תאים אנושיים המתחלקים בתרבית תאים מתים בערך לאחר ... ויקיפדיה

למונח זה יש משמעויות אחרות, ראה הזדקנות. אישה זקנה. אן פאודר ב-8 באפריל 1917, יום הולדתה ה-110. עור מקומט ויבש הוא סימן אופייני להזדקנות האדם ... ויקיפדיה

טלומראז הוא אנזים המוסיף רצפי DNA חוזרים ונשנים ספציפיים (TTAGGG בבעלי חוליות) לקצה השלישי של שרשרת ה-DNA באזורי הטלומרים, הממוקמים בקצוות הכרומוזומים בתאים אוקריוטיים. טלומרים מכילים DNA דחוס ... ויקיפדיה

למונח זה יש משמעויות אחרות, ראה הזדקנות. הזדקנות האדם, כמו הזדקנותם של אורגניזמים אחרים, היא תהליך ביולוגי של השפלה הדרגתית של חלקים ומערכות בגוף האדם וההשלכות של תהליך זה. ואילו ... ... ויקיפדיה

למונח זה יש משמעויות אחרות, ראה אלמוות. אלמוות ביולוגי הוא היעדר עלייה בתפקוד התמותה עבור מין ביולוגי מסוים מגיל מסוים. מינים ביולוגיים כאלה נחשבים ... ... ויקיפדיה

בדוק נייטרליות. בדף השיחה צריכים להיות פרטים... ויקיפדיה

חלוקת תאי HeLa תחת מיקרוסקופ אלקטרונים HeLa היא שורה של תאים "אלמוותים" המשמשים במחקר מדעי. הייתה קומה ... ויקיפדיה

מאז הוענק פרס נובל ב-2009 על גילוי האופן שבו כרומוזומים מוגנים על ידי טלומרים, מעבדות ברחבי העולם החלו להציע מדידות אורך טלומרים כדי לקבוע "גיל ביולוגי". לדוגמה, באחד המוסדות במוסקבה, ניתוח זה יעלה ללקוח 18,000 רובל. מהי מהות הגילוי הזה, האם אורך הטלומרים משפיע על תוחלת החיים של האדם והאם כדאי להוציא כסף על בדיקה זו - זה המאמר שלי היום.

מגבלת הייפליק

בשנת 1961, לאונרד הייפליק, שצפה בגידול פיברובלסטים אנושיים, גילה את מותה של התרבות לאחר 50 חלוקות. ניתן היה להעביר תאים ממדיום לבינוני, להקפיא לכל תקופה, אבל גם לאחר ההפשרה הם איכשהו "נזכרו" כמה חלוקות כבר התרחשו והתחלקו כמה פעמים שנותרו עד 50. התופעה על שם המדען - גבול הייפליק - נותרה שנים בלתי מוסברת, אבל כבר אז התחילו לדבר על תוחלת החיים של אדם שתוכנת בגנים.

רק ב-1971 הבחין אלכסי אולובניקוב שגבול הייפליק אופייני לתאים עם DNA שאינו סגור בטבעת, בעוד שחיידקים בעלי DNA מעגלי מתרבים ללא הגבלות. המדען העלה השערה מרגינוטומיה, מה שהציע שהגבול של חלוקת התא עם DNA ליניארי נובע מהעתקה לא מלאה של החלקים הסופיים של הכרומוזום בזמן חלוקת התא. הרעיון של אולובניקוב הוא גאוני ויחד עם זאת פשוט, קל להסביר אותו אפילו לתלמיד בית ספר. אנסה לדבר על כך בהקשר של תורת האבולוציה.

כשהתא מתכונן להתחלק, אנזים DNA פולימראז נע לאורך הכרומוזום כדי ליצור עותק שלו. אם לכרומוזום יש מבנה טבעת, האנזים משלים בהצלחה את המעגל המלא, וקצוות העותק נצמדים זה לזה ויוצרים כרומוזום לתא חדש.

בעידן האורגניזמים החד-תאיים, לכרומוזומים היה מבנה טבעת. אבל לפעמים, כתוצאה ממוטציות, קרה שקצוות הכרומוזום החדש לא נדבקו זה לזה ויצרו טבעת, וגדיל ה-DNA נשאר פתוח. כך הופיעו חיידקים בעלי כרומוזומים ליניאריים. החיידק שקיבל כרומוזום כזה התמודד עם בעיית ההעתקה כשהגיע תורה של החלוקה שלו. הפולימראז, לאחר שהגיע לקצה הכרומוזום הליניארי, נעצר ואינו יכול להעתיק את האזור הטרמינל השווה בערך לאורכו של האנזים עצמו.

הרעיון הזה עלה בדעתו של אולובניקוב כשירד ברכבת התחתית לאחר הרצאה על הניסויים של הייפליק באוניברסיטת מוסקבה. הוא נימק: "מה שקורה לפולימראז בכרומוזומים ליניאריים מקביל לאופן שבו הקרון השני של הרכבת לעולם לא יגיע למבוי סתום ויעצור במרחק השווה לאורך הקטר". אבל בואו נחזור לתיאוריה האבולוציונית כדי להבין איך הטבע פתר את בעיית החיידקים עם הכרומוזומים ליניאריים.

הנטייה ליצור כרומוזומים ליניאריים יכולה לעבור בתורשה לתאי בת, ועם כל דור התקצר הגנום של חיידקי הבת. ברגע שהתברר שגן חיוני לחיידק אינו מועתק, המושבה הפסיקה לגדול ומתה. לכן, בהתחלה, חיידקים בעלי כרומוזומים ליניאריים נוכשו במהירות כתוצאה מהברירה הטבעית.

עם זאת, חלק מהחיידקים הללו, כתוצאה מהחדרות נגיפיות בשוגג, קיבלו קצוות נוספים על הכרומוזומים, ששימשו מעין רזרבה - ניתן היה לקצר את החלקים הסופיים הללו של הכרומוזום בכל חלוקה מבלי לאיים על גנים חשובים. אולובניקוב, בהנחה שנוכחותם של אזורים אלה בקצוות של כרומוזומים אנושיים ליניאריים, כינה אותם טלוגנים(שם מודרני - טלומרים).

בסדר, אבל במוקדם או במאוחר, הטלומרים ינוצלו לאחר 50-100-200 חלוקות, ומוות של מושבה של חיידקים עם כרומוזומים ליניאריים נראה בלתי נמנע. יתר על כן, כרומוזומים ליניאריים הם הגרסה היחידה של ארגון ה-DNA עבור כל האורגניזמים הרב-תאיים הקיימים, כולל בני אדם. מדוע כרומוזומים ליניאריים פגומים לכאורה הגיעו לאורגניזמים מפותחים מאוד? יש להניח, עבור האורגניזמים הרב-תאיים הראשונים, היכולת להתחלק ללא הגבלת זמן התבררה כמזיקה. רק דמיינו את התאים שלכם מתכפילים באין מפריע, הופכים את הגוף היפה שלכם לביומסה עוברית. אבל לאורגניזמים הרב-תאיים הראשונים לא היו מערכות חיסוניות והורמונליות ומנגנונים אחרים המסדירים את חלוקת התאים. אולי זו הסיבה שהברירה הטבעית העדיפה אורגניזמים רב-תאיים שצמחו מאורגניזמים חד-תאיים עם כרומוזומים ליניאריים.

אז הטלומרים הם סופיים, והטבע דורש הולדה. איך להסביר את היווצרות גוף האדם לטריליוני תאים מזיגוטה אחת מבלי לקצר את הטלומרים? כדי לפתור את הסתירה הזו, אולובניקוב הגאוני חזה שטלומרים מסוגלים לבנות אנזים מיוחד, שהוא העניק לו טנדם פולימראז(שם מודרני - טלומראז). שנים רבות לאחר מכן, מדענים אמריקאים אישרו בניסוי את ניחושיו של אולובניקוב והוכיחו שטלומראז מסוגל להיצמד לקצה הכרומוזום, ולפעול כמטריקס, להגדיל את הטלומרים, ועל כך קיבלו את פרס נובל ב-2009.

מגבלת נפילות חציר בבני אדם

באורגניזמים מודרניים של בעלי חיים ובני אדם, בעיית גבול הייפליק לא כל כך רלוונטית - עד כה לא ניתן היה לבסס קשר בין אורך הטלומרים לתוחלת החיים. לכן, אל תמהרו לשלם כסף עבור חקר אורך הטלומרים. בנוסף, מנגנון זה של הגבלת חלוקת תאים אינו סביר שיעצור את הסרטן. תאי גזע וסרטן מגדילים בקלות את הטלומרים של הכרומוזומים שלהם על ידי הגברת הפעילות של הטלומראז. דוגמה טובה היא תרבית תאים שהתקבלה לפני 60 שנה מגידול בצוואר הרחם של הנרייטה לאקס אמריקאית. התאים שלו עדיין נמצאים בשימוש במעבדות בכל העולם, הם עפו לחלל ופוצצו בפצצת אטום, הם שימשו לפיתוח חיסונים ותרופות לסרטן, והשנה אפילו עשו עליהם סרט עלילתי. תאי ה-HeLa המפורסמים (מ הואנרייטה לָה cks) שרדה את האישה עצמה ואת ילדיה, ומבחינת הביומסה שלהם הרבה פעמים גדלה המסה של כולם ביחד. לפיכך, טלומראז פותר בקלות את בעיית גבול הייפליק.

בנוסף, יכולתם של תאי גזע לחלוקה א-סימטרית פותרת לא רק את בעיית גבול הייפליק ללא השתתפות טלומראז, אלא גם את בעיית הצטברות המוטציות שתדירותן עולה עם כל חלוקת תא. נתונים חדשים על חלוקת תאי גזע יוצרים תנאים מוקדמים לאלמוות פוטנציאלית של לא רק תאים בודדים, אלא של האורגניזם כולו.

חלוקה אסימטרית - פוטנציאל לאלמוות

הגיוני שחלוקת תא אחד מסתיימת ביצירת שני תאי בת, שאחד מהם מכיל את הכרומוזום המקורי, והשני מקבל את העותק שלו. גם אם אנחנו מדברים על חלוקה של תא עם כרומוזום טבעת, אז תאי הבת אינם שווים זה לזה, שכן בתהליך העתקת ה-DNA מתרחשות בהכרח שגיאות שעוברות לתא הבת שקיבל עותק של ה-DNA. כרומוזום. אם מדברים על חלוקת תאים עם כרומוזום ליניארי, אז תא הבת שקיבל עותק לא רק מכיל יותר מוטציות, אלא גם מקבל טלומרים מקוצרים. לפיכך, ניתן להניח שלאחר מחזורים רבים של חלוקות תאי גזע בגוף יהיה תא אחד עם הכרומוזום המקורי, וכל השאר יכילו עותקים מקוצרים עם מוטציות.

אם לוקחים בחשבון שלאחר מספר מחזורי חלוקות יש הבשלה (התמיינות) הדרגתית של תאים, במוקדם או במאוחר התא עם הכרומוזום המקורי, כמו כל התאים בדורו, לאחר שמילאו את תפקידו, ימות, כמיליארדי תאי דם. , העור או אפיתל המעי מתים כל יום. במצב זה, אנו נאלצים להודות שכל תאי הגזע המקוריים המאוחסנים בגופנו ברחם מנוצלים ומוטציות בהכרח מצטברות עם הגיל, והטלומרים בהכרח מתקצרים. כך הוסברו במשך זמן רב את הנפילה והתמותה הבלתי נמנעת של גופנו.

עם זאת, בשנת 1975 הועלתה השערת החלוקה הא-סימטרית, והציעה שחלוקת תא גזע מסתיימת בהיווצרות לא שני תאי בת, אלא אחד, בעוד התא השני נשאר תא גזע. בשנת 2010, אושר בניסוי שתהליך ההפצה של הכרומוזום המקורי והעותק שלו הוא אסימטרי. התברר שהכרומוזומים המקוריים נשארים בתא הגזע, ששומר על שלו גזע,והעותקים מגיעים לתא הבת, שיוצר מושבה של תאים מתמיינים בהדרגה עם תוחלת חיים מוגבלת.

בתרחיש זה, לתאי גזע יש פוטנציאל בלתי נדלה, פשוטו כמשמעו, לקיום עצמי:

1. הם משמרים את ה-DNA המקורי ללא צבירת מוטציות וללא סיכון להישאר ללא טלומרים;
2. לעיתים רחוקות מתחלקים, מסנתזים חלבונים מעט ופעילים מטבולית חלשה, מה שאומר שקל יותר לתאים אחרים לשרוד את חוסר החמצן והתזונה, השיכרון והקרינה;
3. הם אינם מתמיינים לתאים בוגרים ואינם נצרכים במהלך החיים.

סיכום

במעבדה שלי, אני מגדל את המושבות הענקיות האלה של תאי דם תוך 10 ימים בלבד. כל כתם אדום הוא אלפי תאי דם אדומים צעירים שנוצרו מתא גזע בודד. יתכן שהאב הקדמון של המושבה נמצא איפשהו ביניהם ומוכן ליצור יותר ממושבה אחת כזו - מספיק לשנות את ריכוז ממריצי החלוקה דמויי הורמונים.

זה קורה בערך במח העצם של כל אחד מאיתנו לאורך כל החיים. רוב תאי הדם הבוגרים חיים מדקות עד חודשים, ולכן יש לחדש מיליארדי תאי דם מדי יום.

אך מדוע מואטים תהליכי חידוש הדם ורקמות הגוף האחרות עם הגיל? אני דבק בגרסה שתאי גזע נשארים ברי קיימא לאורך כל חיינו. וההאטה בתהליכי ההתחדשות נובעת מ"התלבשות" של תאי גזע על ידי רקמות חיבור, וכתוצאה מכך הם מפסיקים לקבל אותות מהמקרואורגניזם על הצורך בחידוש.

על למה זה קורה - אני אספר לך מתישהו בפעם הבאה. כדי לא לפספס עדכונים - ! ואם אין לך חשבון LiveJournal, הירשם לעדכונים ב