10 июля 2024

Что такое старение?

Старение — это процесс, который происходит с организмом по мере взросления. С возрастом наши тела начинают работать хуже, что приводит к появлению болезней, снижению активности и увеличению вероятности смерти. Но что, если изучить животных, которые практически не стареют, и понять, как они этого добиваются?

Благодаря специальным сигналам клетки гидры постоянно делятся и обновляются [2]. Гидры живут от года до пяти лет и обладают примитивным строением: у них всего пара типов клеток и два листка развития тканей, что делает возможным как регенерацию, так и вегетативное размножение, когда новое тело образуется из части родительского организма без участия половых клеток.

Некоторые животные нашли способы восстанавливать свои поврежденные ткани и избегать старения благодаря уникальным регенеративным способностям. Давайте познакомимся с пятью такими животными и их секретами долголетия: гидрами, медузами Turritopsis dohrnii, морскими огурцами, морскими ежами и звездами.

Секреты долгожителей: Животные, которые не стареют

Гидра — это маленькое пресноводное животное, которое практически не стареет. Гидры могут восстанавливать свои ткани снова и снова благодаря активности стволовых клеток, которые превращаются в любые другие клетки тела [1].

Скорее всего, вы слышали о греческом мифе, где гидра была многоголовым чудищем, две или даже три головы которого отрастали сразу же, как только Геракл отрубал одну из них. Именно Лернейское чудовище и дало название этому прекрасному созданию. И так же, как у мифологической гидры отрастали головы, они отрастают у настоящей. Более того, гидры способны регенерировать даже из взвеси клеток, как показано на этом видео.

Livshits и Shani-Zerbibet al. Взято с сайта
https://www.eurekalert.org/multimedia/553908

Эту медузу называют «бессмертной». Дело в том, что она возвращает свои клетки в молодое состояние после того, как становится взрослой. Этот процесс называется трансдифференцировкой: клетки превращаются из одного типа в другой, снова становясь молодыми [4]. Это позволяет медузе избегать старения и потенциально жить вечно [5].

Рис.1 Turritopsis dohrnii
Источник: https://www.sciencefocus.com/nature/immortal-jellyfish

Рис.2 Жизненный цикл медузы
Источник: https://www.sciencefocus.com/nature/immortal-jellyfish

Рассмотрим стадии жизненного цикла медузы, чтобы понять механизм ее потенциального бессмертия:

Трансдифференцировка позволяет медузе Turritopsis dohrnii возвращаться из взрослой стадии к стадии полипа. Когда взрослая медуза сталкивается с неблагоприятными условиями (голодом, травмами или неподходящей температурой воды), она опускается на дно и превращается в полип. Полип затем может снова стать молодой медузой, и так цикл может продолжаться бесконечно, делая медузу потенциально бессмертной.

Эти медузы бороздили океаны задолго до вымирания динозавров и есть вероятность, что одна из тех медуз жива до сих пор. Но, несмотря на такую возможность, доказать это пока невозможно, поскольку изучать медуз начали только в 1980-х годах. А значит, у ученых есть данные всего за несколько десятилетий.

Морские огурцы, известные также как голотурии, удивляют своими регенеративными способностями. Эти морские жители могут выталкивать свои внутренние органы, а затем восстанавливать их заново. Этот процесс называется эвисцерацией, он помогает морским огурцам защищаться от хищников.

Процесс регенерации у морских огурцов включает активацию стволовых клеток. Когда морской огурец утрачивает внутренние органы, стволовые клетки начинают активно делиться, дифференцируясь в различные типы клеток для восстановления утраченных тканей. Этот процесс также включает активное участие белков и генов, которые управляют делением клеток и их дифференцировкой [3].

Рис. 3 Морской огурец
Источник: Википедия

Морские звезды известны своей способностью регенерировать утраченные конечности и даже другие части тела. Если морская звезда потеряет один из своих лучей, он может вырасти заново. Более того, отдельная часть морской звезды может даже развиться в новый полноценный организм, если включает часть центрального диска [6].

Механизм регенерации морских звезд и морских огурцов во многом схож с механизмом гидр и включает активацию стволовых клеток и дифференцировку клеток в нужный тип тканей.

Личинки морских звезд помогают ученым изучать фундаментальную биологию регенерации. Нормальная личинка морской звезды (А), расщепленная личинка (В) и частично регенерировавшая личинка (С) окрашены на ДНК (серый) и маркер нейронов (зеленый) [14].

Морские ежи могут жить более 100 лет и сохранять свою молодость благодаря ферменту теломеразы, который удлиняет концы хромосом, называемые теломерами. Это помогает клеткам делиться бесконечно и сохранять ткани молодыми [7].

Рис.5. Морские ежи
Источник: https://www.nationalgeographic.com/science/article/150401-urchins-sea-stars-monterey-bay-california-animals

Второй механизм долголетия морских ежей — активная система устранения и предотвращения накопления ошибок в генетическом коде, называемых мутациями [8].

Кроме того, морские ежи активно регенерируют. Благодаря простому строению и спиральному дроблению эмбриона, у морских ежей активны процессы бесполого размножения и тканевой регенерации. Морские ежи могут восстанавливать как внешние придатки (иглы, педицеллярии, ножки), так и внутренние органы. Регенеративные процессы происходят в том числе с помощью стволовых клеток, которые присутствуют во всем организме взрослых морских ежей. Регенеративный потенциал у морских ежей поддерживается независимо от продолжительности жизни [9].

Рис. 6. Регенерация морского ежа
Ученые срезали под корень полоску c морского ежа, и она полностью восстановилась (A - 1 день после ампутации, B - 8 дней), C-E – рост через 8, 15 и 22 дня соответственно [10].

Как знания о нестареющих животных продлевают жизнь человека?

Изучение уникальных способностей животных к регенерации тканей открыло нам двери к пониманию и использованию стволовых клеток для регенеративной медицины у людей. Использование плюрипотентных стволовых клеток (iPSCs) — одно из главных достижений в этой области.

Плюрипотентные стволовые клетки способны превращаться в любой тип клеток в организме, что делает их незаменимыми для регенеративной медицины. В клинических исследованиях iPSCs уже применяются для лечения различных заболеваний, таких как сердечные заболевания и болезнь Паркинсона. Клетки сердечной мышцы, созданные из iPSCs, используются для замены поврежденных тканей сердца у пациентов с сердечной недостаточностью, что значительно улучшает их состояние [11]. В другом исследовании клетки, созданные из iPSCs, использовались для восстановления поврежденных участков мозга у пациентов с болезнью Паркинсона, что улучшило их моторику и уменьшило симптомы дрожи [12].

Плюрипотентные стволовые клетки используются и в лечении рака. Живой пример эффективности такой терапии —Байрон Дженкинс. Американец страдал раком крови. Благодаря терапии с использованием iPSCs, состояние Байрона значительно улучшилось, болезнь отступила. Его история является вдохновляющим примером того, как технология регенеративной медицины может дать надежду и улучшить качество жизни [13].

Рис.7. Байрон Дженкинс

Изучение механизмов нестареющих животных помогает ученым разрабатывать новые подходы к продлению жизни человека и улучшению ее качества. Использование плюрипотентных стволовых клеток, вдохновленное способностями этих животных к регенерации, уже приносит ощутимые результаты в медицине. Эти достижения поддерживают оптимистичные надежды на будущее, где старение станет управляемым процессом, и многие заболевания будут успешно лечиться с помощью регенеративных технологий. Современные исследования продолжаются, и каждая новая находка приближает нас к миру, где долголетие будет доступно для всех.

1. Martínez, D. E. (2013). Mortality patterns suggest lack of senescence in hydra. Experimental Gerontology, 48(8), 700-704. https://doi.org/10.1016/j.exger.2013.02.016

2. Bosch, T. T.C.G. (2007). Why polyps regenerate and we don’t: Towards a molecular framework for Hydra longevity. Seminars in Cell & Developmental Biology, 18(4), 416-423. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2007.03.003

3. Mashanov, V. S., & Zueva, O. R. (2016). Multipotency and plasticity of sea cucumber’s cells. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 4, 98. https://doi.org/10.3389/fbioe.2016.00098

4. Bavestrello, G., Sommer, C., & Sara, M. (2006). Biological cycles and reproductive strategies in the deep-sea jellyfish Turritopsis nutricula (Hydrozoa). Marine Ecology, 13(1), 25-35. https://doi.org/10.1111/j.1439-0485.1992.tb00342.x

5. Piraino, S., Boero, F., Aeschbach, B., & Schmid, V. (1996). Reversing the life cycle: Medusae transforming into polyps and cell transdifferentiation in Turritopsis nutricula (Cnidaria, Hydrozoa). The Biological Bulletin, 190(3), 302-312. https://doi.org/10.1086/biomob.190.3.29229234

6. Henry, L. A., & Hart, M. W. (2005). Regeneration from multiple fragments in the starfish Leptasterias hexactis (Echinodermata: Asteroidea). Biological Bulletin, 208(2), 115-124. https://doi.org/10.2307/3593122

7. Bodnar, A. G., & Coffman, C. R. (2016). Maintenance of somatic tissues in sea urchins through basal expression of telomerase, Wnt, and HSPs. Aging Cell, 15(5), 789-797. https://doi.org/10.1111/acel.12496

8. Ebert, T. A., & Southon, J. R. (2003). Red sea urchins (Strongylocentrotus franciscanus) can live over 100 years: confirmation with A-bomb 14C. Fishery Bulletin, 101, 915-922.

9. Röttinger, E., & Martindale, M. Q. (2011). Ventralization of an indirect developing species of sea urchin. PLoS Biology, 9(3), e1000990. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1000990

10. Mashanov, V. S., & Zueva, O. R. (2016). Multipotency and plasticity of sea cucumber’s cells. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 4, 98. https://doi.org/10.3389/fbioe.2016.00098

11. Shiba, Y., Fernandes, S., Zhu, W., Zhan, G., Egashira, Y., Malliaras, K., ... & Terzic, A. (2012). Human iPS cell-derived cardiomyocytes electrically couple and suppress arrhythmias in injured hearts. Nature, 489(7415), 322-325. https://doi.org/10.1038/nature11317

12. Takahashi, K., Tanabe, K., Ohnuki, M., Narita, M., Ichisaka, T., Tomoda, K., & Yamanaka, S. (2007). Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell, 131(5), 861-872. https://doi.org/10.1016/j.cell.2007.11.019

13. California Institute for Regenerative Medicine (CIRM). (n.d.). Byron Jenkins' Story: Pediatric Heart Disease. Retrieved from https://www.cirm.ca.gov/our-progress/stories-hope-pediatric-heart-disease

14. Drug Discovery News. (2021). Sea cucumbers and starfish reveal the secrets of stem cells and regeneration. Retrieved from https://www.drugdiscoverynews.com/sea-cucumbers-and-starfish-reveal-the-secrets-of-stem-cells-and-regeneration-15327

ПОДЕЛИТЕСЬ В СОЦСЕТЯХ!

ЭТА СТАТЬЯ В НАШЕМ ТЕЛЕГРАМ-КАНАЛЕ

Мессенджеры

Отправляйте нам! Узнайте подробнее в мессенджерах или напишите нам на сайте

Задать вопрос на сайте

У ВАС ЕСТЬ МАТЕРИАЛЫ, КОТОРЫМИ ВЫ ХОТЕЛИ БЫ ПОДЕЛИТЬСЯ?