Старение и клеточные мемебраны

В 70-80-е годы минувшего столетия интенсифицировались и приобрели высокую результативность исследования в области мембранологии - отрасли биохимии и биофизики, рассматривающей строение, химический состав и механизмы функционирования клеточных мембран. Движению биомедицинской науки в этом направлении способствовало развитие методов биохимического анализа мембранных компонентов, в основном - фосфолипидов и белков, а также появление подходов к изучению плотности упаковки молекул в мембранах с применением встраиваемых в нее «сигнальных» молекул (зондов) - флуоресцентных или спиновых. Регистрация, соответственно, флуоресценции или спектра позволяет оценить состояние соответствующих областей мембраны. Среди указанных исследований свое место занимают работы, описывающие изменения мембран в жизненном цикле клетки, в том числе при ее (клетки) старении.

Возрастная динамика параметров клеточных мембран (плазматической, внутриклеточных), строго говоря, характеризует процесс старения на клеточном уровне.


Вместе с тем нередко исследователи допускают, что если старение организма определяется в основном старением клеток, причем в первую очередь высокодиф-ференцированных, то не должно существовать принципиальной разницы между старением отдельных клеточных структур на уровне собственно клеток (например, в культуре) и на уровне клеток, встроенных в организм.

Объектом изучения обычно служат свойства наружных плазматических или внутриклеточных мембран, определяемые прежде всего активностью встроенных в них ферментов, рецепторов и других белков. При этом широко применяется модификация мембран (in vitro и in vivo) путем разнообразных внешних воздействий с целью определить их (мембран) устойчивость и жизнеспособность в различные возрастные периоды.Геронтологическую мембранологию, с одной стороны, отличают специфические модели. Так, исследуется старение плазматических мембран красных кровяных клеток in vivo путем сравнения разных фракций эритроцитов, выделяемых из крови конкретного организма, разделяемых соответственно их возрасту в пределах отпущенного срока жизни в кровяном русле, но безотносительно к возрасту донора (пример модели клеточного старения как такового).




С другой - в ней используются подходы, традиционные для общей цитогеронтологии. В частности, анализируется старение мембран различных типов клеток, выращиваемых в культуре, или же сравниваются мембраны клеток, полученных от доноров разного возраста. В связи с отмеченным постулируется, что результаты работ по исследованию мембран стареющих клеток независимо от среды, в которой это старение происходит, дают в целом общую картину роли (или перестройки) мембран в этом процессе. Обозначенный постулат может быть принят, однако, с оговорками. Широкое использование в последнее время клеточных культур в целях изучения фундаментальных биомеханизмов развития и жизнедеятельности (клеточная пролиферация, дифференцировка, рецепция, апоптоз и онкотрансформация, межклеточные взаимодействия и язык межклеточного общения), а также для решения прикладных задач в интересах фармакологии, токсикологии, фармацевтической и биотехнологической промышленности обозначило проблему особенностей клеточных реакций в зависимости от условий их существования - in vitro или in vivo - как ненадуманную.

Первые работы, продемонстрировавшие возрастные изменения мембран, выполнены в условиях клеточных культур.


Было показано возрастное снижение биосинтеза холестерина с уменьшением его расходования на построение новых мембран делящихся клеток. Было отмечено также снижение подвижности мембранныхбелков и липидных зондов. Анализ экспериментальных данных об изменениях подвижности зондов и состава мембран привел к предположению о закономерности изменений плотности упаковки (называемой чаще микровязкостью или жидкостностью мембран) молекул в мембранах в процессе клеточного развития и старения. Была высказана идея о клеточных механизмах регуляции возрастных изменений клеток посредством контроля физических свойств мембраны.

В соответствии с названной идеей старение клетки - это в первую очередь старение ее мембран, выражающееся в уменьшении подвижности белков и липидов вследствие большей микровязкости мембран. Здесь возможна, хотя и формальная, но демонстративная аналогия «замерзанию» организмов при понижении температуры окружающей среды. Причины названного выше изменения мембран видятся, во-первых, в прекращении (или существенном сокращении) расхода холестерина на построение новых клеток и образование соответствующих гормонов и, во-вторых, в постепенном его (холестерина) накоплении в мембранах.

Представление об изменении микровязкости мембран как основы старения является оригинальным вариантом «мембранной (или, точнее, мембранно-микровязкостной) гипотезы старения». Вместе с тем в 1997 г. под буквально тем же названием достоянием научной общественности становится несколько иная идея, также исходящая из приоритета мембранных изменений. Эта последняя связывает конечное звено, вписывающее мембранные преобразования в общую картину старения организма, не с физическим и/или функциональным состоянием мембраны, а лишь с одним фактором - потерей способности контролировать синтез внутриклеточного мембранного материала, избыточное накопление которого и приводит к старению.

---