В исследованиях по СК на млекопитающих обычно не поднимается вопрос о причине старения организма. Для преодоления максимальной ПЖ необходимо замедлять процесс старения. Одним из способов представляется воздействие на микроокружение СК. Этот вопрос недостаточно исследован. Нами изучаются механизмы упаковки клеточных структур во время развития и влияние их на старение и ПЖ организмов [9]. Клеточные контакты в многоклеточных организмах формируют структуры, обозначаемые как клеточные упаковки, обеспечивающие их циклическое функционирование, пролиферацию клеток, редукцию и регенерацию тканей и ряд обменных процессов. Примерами упаковок является строение стенки кишечника и кроветворных зон костного мозга. Примером циклических изменений является непрерывное ремоделирование костной ткани. Начинаясь со СК, упаковка продолжается продуктами пролиферации и дифференцировки и заканчивается терминально дифференцированными клетками. Межклеточное вещество, отложения и части клеток формируют зоны, разделяющие элементы упаковок, образуя так называемые постоянные структуры. В стационарном режиме существует равновесие между элементами упаковки. Критические состояния развития организма характеризуются перестройкой, разрушением и созданием новых упаковок. Разрушение небольшого участка упаковки стимулирует пролиферацию клеток и регенерацию ткани, а нарушение большого участка уничтожает упаковку. В природе широко распространено явление неотении - выпадение целых стадий развития организма и связанное с этим различие в ПЖ организмов одного и того же вида. При значительной толщине разделителя становится невозможной редукция тканей, обычно связанная с голоданием, охлаждением и другими абиотическими факторами.
Удачными моделями для изучения упаковок являются растения. Например, при редукции вегетативного поколения каланхоэ сохраняется постоянство строения исходного 8-летнего образца при выдерживании в течение 6 лет. Обрезание побегов роз с закладками бутонов вызывало развитие закладок следующего поколения с бутонами меньшего размера. Последовательная многократная обрезка приводит к образованиям, структурированным только на микроскопическом уровне. Предоставленные самим себе, они трансформируются в полноценно структурированные побеги. Изоляция родительского растения у томатов вызывает развитие почки пасынков и имитирует возникновение многолетнего растения. Дихотомическое развитие верхушечной почки у фасоли вызывает нарушение баланса в упаковке и приводит к отмиранию одного или обоих побегов. Выращивание растений из клеточных культур или камбиальных клеток сопровождается каллюсными образованиями и лишь после этого происходит структурирование растения. Нарушения закладок почек и другие воздействия, разрушающие черешковую пластину, а также сезонное опадание листовой пластины, приводят к гибели растения через промежуток времени, определяемый временем жизни листовой пластины как постоянной структуры. Влияние упаковочных эффектов в опытах на растениях показывает, что при разделении постоянными тканями, например ксилемой, элементы упаковки сохраняют связь через проводящие структуры. Эти примеры указывают на ограничение ПЖ, связанное с постоянными структурами.
Нами проведен анализ роли пептидов в упаковках структур и старении организмов [3,4]. В колонии Volvox carteri соматические клетки синтезируют спектр пептидов, не изменяющихся до полового созревания колонии. Во время созревания (критическое состояние) синтез и активность этих пептидов начинают изменяться, образуются репродуктивные СК клетки, соматические стареют, нарушается матрикс и структура колонии распадается.
Аналогичные свойства проявляют кишечнополостные и некоторые из червей. У губок и гидр обнаружены пептидные факторы, ответственные за гаметогенез. На поздних стадиях гаметогенеза этот процесс и старение можно блокировать голоданием или охлаждением, происходит редукция тела, а затем можно восстановить бластогенез и самоообновление организма за счет СК. Развитие кишечнополостных после редукции начинается со сборки определенного количества клеток при наличии СК. Известна редукция планарий при голодании и восстановительный рост при нормальном питании.. С помощью голодания удавалось продлить жизнь планарий в 25 и более раз. Подобные данные известны из опытов по регенерации тканей животных разных систематических групп [10].
У млекопитающих эти процессы ограничены. Наличие разделителей не позволяет осуществить редукцию и регенерацию и является предельным вариантом гистерезисного накопления, создающего механизм, приводящий к гибели организма, или субстрат для такого процесса. Такие процессы связаны с коллагеном и костной тканью. Поэтому редукция и регенерация в этих структурах сталкивается с ограничениями, в отличие от упаковок кишечника и кроветворных структур костного мозга, функционирующих почти в циклическом режиме. В развитии организма возникновение таких разделителей можно представить как ряд критических состояний (остановка роста и др.). Ряд авторов коллагеновых гипотез старения считает коллаген универсальным субстратом старения [5]. Коллаген действительно изменяется с возрастом, но возможно, вся его роль сводится к изоляции СК. Более того, возрастные изменения коллагена могут быть существенными в механизме старения млекопитающих и отсутствовать у других видов, то есть это частное проявление более общего процесса ограничения самообновления тканей.
Можно предложить следующий алгоритм замедления старения. В организме выделяются структуры, содержащие упаковки клеток, допускающие редукцию упаковки и последующую регенерацию при включении функции СК. Для таких структур используется модель циклических процессов с гистерезисом. Время существования структуры зависит от степени компенсации гистерезисных явлений. Предполагается, что в структурах, где упаковки содержат разделитель клеточных элементов, он является субстратом старения и геропротекторное воздействие включается в момент ослабления разделителя до начала распада упаковки. Возможно и искусственное ослабление разделителя с помощью клеточной терапии с применением ЭСК и восстановление упаковки. При этом существует возможность включения части стволовых клеток, которые находятся в состоянии покоя. Положительные и отрицательные результаты геропротекторного действия голодания могут объясняться этим механизмом. Если в результате голодания ослабляется разделитель и происходит редукция упаковки без ее разрушения, а затем возникает регенерация на основе СК, то возможен положительный эффект. Как правило, модель упаковки применима к старению какой-либо структуры организма. Формирование упаковок по времени связаны с процессами развития, роста организмов и уровнем метаболизма. Поэтому радикальным способом замедления старения у всех видов представляется периодичесие состояние гипобиоза [11] с последующей активацией процессов организма, используя резонансные изменения собственных биоритмов.
См. также:
Биология СК
Основные направления исследований СК
Клеточная трансплантология
Попытки омоложения
СК в стареющем организме
Возможности продления жизни организмов
Литература
Обсудить на форуме
