Вікові зміни генетичного апарату клітин. Зміни хромосом

Відео: Цитологія для ЄДІ з біології

Вікові зміни хромосом

Первісне повідомлення Жекобса і співр. (Jacobs et al., 1961), які показали зміна кількості хромосом при старінні людини, викликало великий інтерес до цієї проблеми.

У той час як деякі автори не змогли виявити будь-які помітні хромосомні зміни з віком, більшість дослідників (Homma, Nielsen, 1976- Shoemaker, 1977) підтвердили результати Жекобса і співавт., Причому багато хто пояснював вікову гіподіплоідію втратою хромосоми X (у жінок) або Y (у чоловіків).

У літературі наведено численні дані про підвищення з віком частоти хромосомних порушень.

Брукс і співр. (Brooks et al., 1973) встановили, що з віком в печінці китайського хом`ячка кількість хромосомних аберацій під впливом чотирихлористого вуглецю при частковій гепатектомії збільшується.

Однак швидкість вікового накопичення пошкоджень хромосом у різних видів тварин не корелює з тривалістю їх життя. У міру старіння чутливість хромосом людини і тварин до дії агентів, що ушкоджують значно підвищується (Кулішов, 1972- Бочков, 1974).

При дослідженні спонтанного мутагенезу у людей старше 75-90 років виявлена підвищена частота хромосомних аберацій (Керкис, Раджаблі, 1966). Однак це збільшення незначне - всього 3-5%. Особливо помітні хромосомніаберації в старіючих культурах фібробластів легень людини, вперше виявлені Хейфліка (Hayfiick, 1968). Томпсон і Холідей (Thompson, Holliday, 1975) виявили, що при культивуванні ембріональних фібробластів легень людини на 50-му розподілі різко зростає частота полиплоидии.

На 60-му розподілі, незадовго до загибелі клітин, значно зростає частота анеуплоідіі та інших хромосомних аберацій. Старіння клітин і хромосомні пошкодження прискорюються при підвищенні температури культивування клітин (32, 34 і 40 ° С).

Чен і Раддл (Chen, Ruddle, 1974) вивчали хромосомніаберації в диплоїдних фибробластах WI-38 в різні терміни пасажів і в деяких клітинах виявили хромосомні перебудови (делеції короткого плеча 1-й і 4-й хромосом, транслокації 17-ї хромосоми).

При збільшенні віку культур клітин кількість хромосомних аберацій зростає- кількість клітин з віковими перебудовами хромосом в даній популяції може варіювати від 2 до 30%. Хоча відомі численні спроби пояснити старіння накопиченням з віком хромосомних аберацій (Curtis, 1956), однак причинний роль хромосомних пошкоджень у старінні ще не доведена. Існує протилежна думка про те, що збільшення хромосомних аберацій з віком є наслідком, а не причиною старіння.

Зміни структури апарату трансляції на пізніх етапах онтогенезу

рибосомальних апарат - Багатокомпонентна система, яка здійснює завершальний етап біосинтезу білка - транслювання мРНК (Ochoa, Наго, de, 1979). Поступово нагромаджувати експериментальні, дані підтверджують, що з віком ця система зазнає досить значні зміни, які можуть обмежувати або навіть перекручувати синтез білка, незважаючи на наявність всіх інших необхідних компонентів - мРНК, аміноацил-тРНК і ін.

Ці зміни білоксинтезуючого апарату можуть бути якісними і кількісними, т. Е., По-перше, можуть відбуватися зміни в кількості рибосом і полірібосом, їх кількісний перерозподіл, а по-друге, зміни в складі компонентів рибосом.

Певний вплив на полісомний апарат можуть надавати і зміни енергетичної забезпеченості трансляції, а також інші умови внутрішнього середовища клітини (Бердишев, Карпенчук, 1977). Розглянемо вікові зміни полісом. Освіта полісом є необхідною передумовою для ефективного синтезу білка. На різних етапах індивідуального розвитку інтенсивність білкового синтезу корелює зі змінами кількості полісом.

Це твердження справедливе для організмів, що стоять на самих різних щаблях еволюційного розвитку, починаючи від одноклітинних і закінчуючи вищими багатоклітинними організмами. Література з цього питання до 1967 року включно підсумовані в огляді Новікової (1970), до 1977 року - в оглядах Ванюшина і Бердишева (1977), Бердишева і Карпенчук (1977), тому більш докладного розгляду будуть піддані лише деякі роботи.

Уже в ембріогенезі ми спостерігаємо регуляцію білкового синтезу шляхом зміни кількості полісом. Так, в незапліднених яйцях Hyanassa виявляється невелика кількість полісом, після запліднення ж включення 14С-лейцину в полісоми значно зростає, а на личинкової стадії кількість рибосомальних частинок в 5 разів більше, ніж в незапліднених яйцях (Mirkes, 1972).

У вищих організмів відмінності в характері онтогенетических змін полісомних структур спостерігаються в різних високодиференційованих тканинах і органах в залежності від їх синтетичних потреб. Значне (близько 90%) зниження білкового синтезу в мозку мишей через 18 днів після народження пояснюють зміною рибосом і рН 5 фракцій, а не недоліком мРНК або підвищенням РНК-азной активності (Lerner, Johnson, 1970).

При вивченні полісом мозку щурів від народження до 1 року життя (Jamagami et al., 1966- Jamagami, Mori, 1970) була виявлена наступна закономірність: включення 14С-фенілаланіну в полісомние білки різко падав через 10 днів після народження, причому полісоми зрілого мозку внаслідок падіння концентрації гірше включали мітку навіть при додаванні в якості матриці поліуріділовой кислоти.

Швидкість вимивання РНК, білка і Кислоторозчинні фактора з полісом зрілого мозку при високих концентраціях солей, ЕДТА і сечовини була більше, ніж з відповідних препаратів молодих тварин. Кількість полісомной РНК лінійно збільшувалася в перші 20 днів після народження і потім вирівнювалося. Ставлення (Г + Ц) / (А + Т) полісомной РНК статистично достовірно змінювалося від 1.3 в молодому мозку до 1.5 в зрілому.

Раніше авторами було показано, що відношення (Г + Ц) / (А + Т) цієї РНК в нейронах гіпокампу значно збільшується у зрілих щурів у порівнянні з молодими. У скелетних м`язах концентрація полісом падає, корелюючи зі зниженням загального білкового синтезу між 16 і 320 днями після народження (Srivastava, 1969).

Характер вікових змін рибосомного апарату в клітинах печінки відрізняється від скелетних м`язів, мозку, ретикулоцитів, так як печінка є потужним секреторним органом. У дорослих тварин підвищуються зміст полісом і включення в них мітки (Murthy, 1966).

У старих щурів у віці від 20 до 31 міс включення мітки в мікросоми печінки закономірно падає в порівнянні з тим, що спостерігається у щурів в зрілому віці (12 міс), хоча відношення РНК / білок однаково для зрілих і старих щурів (Buetov, Gandhi, 1973). Електронно-мікроскопічне вивчення ендоплазматичної мережі печінки старих показує збіднення рибосомам (Сато і ін., 1972).

У фракції неочищених мікросом підшлункової залози старих (9 років) собак ставлення РНК / білок зменшується в порівнянні з таким у молодих тварин (1 і 5.3 року), так само як відношення РНК шорсткуватих мікросом / РНК гладких (Saladino et al., 1971).

З віком швидкість руйнування і освіти рибосом як ніби не змінюється. При дослідженні обміну мітки 14С-оротової кислоти у молодих (12 міс) і старих (24 міс) самців в печінці, селезінці, нирках, легенях і слизової кишечника не було виявлено вікових змін в швидкості деградації рибосомних частинок, яка описувалася простий експонентою (Menzies et al., 1972).

Однак була знайдена певна органна специфічність в швидкості обміну мітки в рибосомах. Період напіврозпаду рибосом в днях становив: в печінці - 5.89, в легких - 8.98. Бейкер і Шмідт (Baker, Schmidt, 1976) спостерігали вікове зниження кількості рибосом 80S (на 23%) у плодової мухи Drosophila melanogaster. У старих мух виявлено значних змін міцності РНК-білкового комплексу рибосом, що виявляється за допомогою дисоціації білків з частинок 80S розчинами КС1 зростаючої концентрації.

Однак аналіз білків рибосом двовимірним електрофорезом в поліакриламідному гелі (56 основних і 11 кислих білків) не виявив відмінностей у 4- і 30-денних дрозофіл. Проте зміна з віком міцності зв`язку між білками і РНК рибосом свідчить про порушення структури рибосом при старінні.

З розглянутих робіт можна зробити висновок, що при старінні змінюються майже всі вивчені досі генетичні структури: в меншій мірі ДНК і в більшій - ДНП, хроматин, рибосомні апарат клітини. Багато вікові зміни структури генетичного апарату не вивчені.

Так, наприклад, невідомо, як змінюються структура ядерного білкового комплексу, будова інформомер, інформосом, багатьох ферментів генетичних процесів (ДНК і РНК-полімерази, полінуклеотідлігази і т. Д.), Мітохондріальної та пластидної ДНК і т. П.

Вивчити ці зміни - одна з важливих завдань сучасної геронтології. Безсумнівно одне: зміна структури генетичного апарату клітин при старінні викликає значне, а часом і різке порушення функцій клітини і організму, що істотно знижує їх життєдіяльність.