„Komórki zombie” są ciągle żywe, ale nie funkcjonują i gromadzą się w miarę starzenia

Reklama

wt., 08/02/2022 - 13:54 -- MagdalenaL

Uszkodzenia zakończeń chromosomów mogą doprowadzić do powstawania „komórek zombie”, które są żywe, lecz nie funkcjonują, według naszego badania, opublikowanego ostatnio w czasopiśmie Nature Structural and Molecular Biology.



Gdy komórki przygotowują się do podziału, ich DNA jest ciasno owijane wokół białek, tworząc chromosomy, które zapewniają strukturę i oparcie dla materiału genetycznego. Na zakończeniach tych chromosomów znajdują się powtarzające się ciągi DNA zwane telomerami, które tworzą osłonę chroniącą materiał genetyczny przed uszkodzeniami.

Jednakże telomery kurczą się z każdym podziałem komórki. Oznacza to, że w miarę starzenia i kolejnych podziałów komórek, telomery skracają się coraz bardziej i wzrasta u nich ryzyko utraty funkcji ochronnej.

Uszkodzenia materiału genetycznego mogą prowadzić do mutacji, w wyniku których komórki dzielą się niekontrolowanie, tworząc nowotwór.

Komórki mogą jednak uniknąć przekształcenia w rakowe w wyniku skrócenia telomerów lub zbyt wielokrotnego podziału i nagromadzenia uszkodzeń, poprzez przejście w stan „zombie”, który zatrzymuje podział komórki za pomocą procesu zwanego senescencją.

Takie komórki są odporne na śmierć i gromadzą się z wiekiem. Mogą być korzystne dla zdrowia przez wspieranie senescencji w pobliskich komórkach zagrożonych przekształceniem w rakowe i przyciąganie komórek odpornościowych, by usunęły zmutowane komórki.

Jednak mogą też przyczynić się do rozwoju chorób poprzez osłabianie regeneracji tkanek i odporności, i wydzielanie związków chemicznych sprzyjających powstawaniu stanów zapalnych i nowotworów.

Chcieliśmy się dowiedzieć, czy bezpośrednie uszkodzenia telomerów wystarczą, by spowodować senescencję i stworzyć komórki zombie. By to osiągnąć, musieliśmy uszkodzenia ograniczyć tylko do telomerów.

Przyczepiliśmy więc białko do telomerów ludzkich komórek wyhodowanych w laboratorium. Następnie dodaliśmy do tego białka barwnik powodujący wrażliwość na światło.

Świecenie bliską podczerwienią (czyli światłem o trochę krótszej fali niż podczerwień) na komórki powoduje, że białko zaczyna wydzielać wolne rodniki — wysoce reaktywne cząsteczki, które mogą uszkodzić DNA — prosto na telomery, oszczędzając resztę chromosomu i komórki.

Odkryliśmy, że bezpośrednie uszkodzenie telomerów wystarczyło, by zamienić komórki w zombie, nawet jeśli osłonki nie zostały skrócone. Jak się dowiedzieliśmy, powodem tego był najprawdopodobniej wynik zakłóconej replikacji DNA w telomerach, przez który chromosomy stały się jeszcze bardziej podatne na uszkodzenia i mutacje.

Dlaczego jest to ważne

Telomery kurczą się naturalnie z wiekiem. Ograniczają, ile razy komórka może się dzielić, sygnalizując komórkom, by przeszły w stan senescencji, gdy osiągną pewną długość.

Jednakże nadmiar wolnych rodników produkowanych przez zarówno normalne procesy biologiczne, jak i wystawienie na działanie szkodliwych związków chemicznych takich jak zanieczyszczenia powietrza czy dym tytoniowy może doprowadzić do stanu zwanego stresem oksydacyjnym, który może przyspieszyć skracanie się telomerów.

To może przedwcześnie doprowadzić do senescencji i przyczynić się do powstawania chorób związanych z wiekiem, takich jak niedobory odpornościowe, choroby układy krążenia, choroby metaboliczne i nowotwory.

Nasze badanie dowodzi, że telomery służą nie tylko za wskaźniki tego, że komórka podzieliła się zbyt wiele razy, ale też jako znaki ostrzegawcze szkodliwego poziomu stresu oksydacyjnego. Skracanie się telomerów związane z wiekiem nie jest jedyną przyczyną senescencji; uszkodzenia telomerów również wystarczą, by zamienić komórkę w zombie.

Jakie inne badania są jeszcze prowadzone

Naukowcy badają metody leczenia i interwencji, które mogą chronić telomery przed uszkodzeniami i zapobiegać gromadzeniu się komórek zombie. Kilka badań na myszach dowiodło, że usuwanie nieumarłych komórek może sprzyjać zdrowemu starzeniu się przez poprawę funkcji poznawczych, masy mięśni i ich funkcji, i powrotu do zdrowia po infekcjach wirusowych.

Opracowywane są również leki zwane senolitykami, które albo mogą zabijać komórki zombie, albo zapobiegać ich powstawaniu.

Co dalej

To badanie koncentruje się na konsekwencjach uszkodzeń telomerów w aktywnie dzielących się komórkach, takich jak komórki nerek czy skóry. Przyglądamy się teraz, jak te uszkodzenia zachowają się w komórkach, które się nie dzielą, takich jak neurony czy komórki mięśnia sercowego.

Podczas gdy naukowcy dowiedli, że telomery niedzielących się komórek i tkanek stają się coraz bardziej dysfunkcyjne wraz z wiekiem, nie jest jasnym, dlaczego tak się dzieje, skoro te telomery nie powinny się skracać w pierwszej kolejności.

Autor: 
Patricia Opresko, Ryan Barnes /Tłumacz: Bartłomiej Kamiński

Reklama