От бактерий до людей: клеточные теории
Лента новостей
Клетки, как известно, являются своего рода строительным материалом, из которого состоят все живые организмы и растения. Разберемся, как работают эти «кирпичики» жизни, как связаны с долголетием и здоровьем?
Регенерация
Способностью к регенерации обладают практически все живые организмы, от бактерий до людей. Обычно считается, что чем проще биологический вид, тем успешнее он может быть в регенерации. Сам термин был введен в обиход французским естествоиспытателем Рене Реомюром в начале XVIII века. Он изучал восстановление конечностей речного рака.
Одноклеточные животные вроде амеб регенерируют полностью при сохранении ядра клетки. Среди многоклеточных легко восстанавливаются губки, гидры, иглокожие и некоторые черви. Чемпионы среди позвоночных — аксолотли, которые могут восстановить конечности, хвосты, челюсти, глаза и внутренние органы вплоть до мозга. Некоторые ящерицы отбрасывают хвост, но отращивают его обратно уже без позвонков, а с хрящами.
Возможности млекопитающих и человека существенно скромнее. Восстанавливаются клетки крови, кожа и ее производные — ногти и волосы, срастаются кости, регенерирует печень, причем не за счет умножения клеток, а за счет гипертрофированного увеличения уцелевших. Известно, что у детей до определенного возраста может отрасти ампутированная до концевой фаланги часть пальца. А у взрослых мужчин иногда воссоздается семявыводящий проток после вазэктомии.
Регенеративная медицина стимулирует формирование новых кровеносных сосудов, использует пептиды для заживления ран. Но главные надежды — на стволовые клетки. Пересадкой эмбриональных стволовых клеток лечат дефекты роговицы, восстанавливают волосы и зубы, но это вызывает этические возражения из-за разрушения эмбрионов. В 2006 году были получены индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Их производят уже без ущерба для организма. Это дорого, но снимает этические и иммунологические проблемы. Ну а тому, что не отрастает само, в помощь тканевая инженерия, 3D-печать органов и мастерство хирургов.
Теломеры
Человеческие клетки могут пережить около 50 делений и проявляют признаки старения при приближении к этой границе. Это в 1961 году наблюдал американский анатом Леонард Хейфлик. За 20 с небольшим лет до него независимо друг от друга два американских генетика Джозеф Мюллер и Барбара Макклинток обнаружили некую защитную структуру на концах хромосом, Мюллер дал ей название «теломера». Вместе эти два наблюдения связал в 1970-е годы советский генетик Алексей Оловников — он построил теорию укорачивания теломер и их регенерации. А чуть позже Элизабет Блэкберн исследовала сами теломеры и описала их роль, разделив со своими коллегами Нобелевскую премию 2009 года.
Теломеры защищают хромосомы от деградации. С каждым делением клетки они укорачиваются, и в какой-то момент клетка перестает делиться и самоликвидируется. Но это не относится к так называемым бессмертным клеткам: половым, раковым и стволовым, потому что у них включен фермент теломеразы.
Ученые пробовали включить теломеразу и в других соматических клетках. И в некоторых исследованиях им удалось продлить жизнь подопытных животных. Но параллельно выяснилось, что теломераза может вызывать бесконтрольное размножение раковых клеток. Само появление лимита деления клеток в процессе эволюции многоклеточных организмов связывают как раз с предотвращением развития опухолей. Для молодых организмов это несомненное благо. Но расплачиваемся мы за него старением, то есть деградацией и гибелью функциональных клеток.
Сегодня принято считать, что не длина теломер определяет продолжительность жизни, а скорость, с которой они укорачиваются. Теломеры людей в пять-десять раз короче, чем у мышей, но расходуем мы их примерно в сто раз экономнее и живем гораздо дольше, чем мыши.
Парадокс Пето
Чем больше в организме клеток, тем выше его подверженность онкозаболеваниям. Кажется логичным, но на самом деле не совсем так. По крайней мере, для разных видов. Именно в этом заключается парадокс Пето. Киты существенно больше человека, но раком болеют значительно реже. Человек крупнее мыши во много раз, но при этом риск развития карциномы примерно одинаков.
Английский статистик и эпидемиолог Ричард Пето (или Пито) сформулировал парадокс в 1977 году таким образом: «Неужели наши клетки в миллиард раз более устойчивы к раку, чем мышиные? Это довольно неправдоподобно с биологической точки зрения».
В зоопарке Сан-Диего изучили 36 различных видов млекопитающих, от полосатой травяной мыши весом в 51 грамм до почти пятитонного слона. Корреляции размера с заболеваемостью не обнаружили.
Сам Ричард Пето объяснял парадокс эволюционными причинами. У гренландского кита обнаружили гены, связанные с долголетием. У голого землекопа нашли полисахарид, который способен блокировать развитие опухолей. Наконец, в 2015 году установили, что в геноме африканского слона есть 20 копий гена-супрессора опухолей TP53, у мамонта этих копий 14, а у человека и других млекопитающих — всего одна копия. Этот ген либо замедляет рост раковой клетки до устранения повреждения ДНК, либо вызывает ее гибель.
Однако внутри одного вида связь между размером и риском онкозаболевания просматривается довольно четко. Анализ причин смерти почти 75 тысяч собак в США показал, что заболеваемость раком была самой низкой у мелких пород. И у человека так же: на выборке в 18 тысяч мужчин, а затем в миллион женщин установили, что чем выше их рост, тем чаще они страдают онкологией. Даже с поправкой на курение и другие поведенческие и социально-экономические факторы.
Рекомендуем:
Рекомендуем:
