Klonaalinen vanheneminen (englanniksi: clonal senescence) on soluvanhenemisen tyyppi, useiden mitoottisesti jakautuvien solujen, kuten somaattisten solujen tai joidenkin alkueläinten [1] ominaisuus, joka ilmenee solujen jakautumisen hidastumisena ja lopulta pysäyttämisenä. Klonaalinen ikääntyminen voidaan voittaa: alkueläinten kohdalla sukupuolinen lisääntyminen, jonka jälkeen elimistö palauttaa jakautumisnopeuden, ja somaattisten solujen kohdalla syöpämuutos tai ulkoiset vaikutukset . Solujen ikääntymisen esiintyminen on osoitettu myös bakteereille, esimerkiksi E. colille [2] , C. crescentukselle [3] .
Solunjakautumisen rajoittaminen on elävien ominaisuus, jonka ansiosta monisoluiset organismit voivat olla olemassa (niiden täytyy estää solumassan spontaani jakautuminen sekä taistella syöpää vastaan) ja yksisoluisia (käytetään vähentämiskeinona). mutaatioiden määrä populaatiossa). Ensimmäinen todistettu mekanismi solujen jakautumisen pysäyttämiseen oli kromosomien telomeeristen alueiden lyhentäminen, Hayflick-raja [4] , mutta tämä mekanismi ei ole kaukana ainoasta, ja kuten monia tärkeitä soluprosesseja, kloonin ikääntymistä hallitaan useilla tavoilla.
Monet yksisoluiset organismit lisääntyvät elinkaarissaan vuorotellen sukupuolista ja aseksuaalista lisääntymistä, kun taas pääsääntöisesti suotuisissa olosuhteissa aseksuaalia suositaan (ja niin kaikki on hyvin, ei ole tarvetta muuttaa), ja sukupuoli liittyy riskiin ja siirtymiseen. epäsuotuisista olosuhteista.
Samaan aikaan kaikki organismit ovat alttiita mutageneesille , joka on hillittävä. Monimutkainen ripsien konjugaatioprosessi , johon liittyy suuri riski näille organismeille ja joka ei johda niiden lukumäärän lisääntymiseen, varmistaa geneettisen tiedon uusiutumisen. Ilman sitä ripset jakautuvat mitoosilla noin 200 kertaa [1] , minkä jälkeen ne lopettavat jakautumisen ja kuolevat myöhemmin.
Piirretään analogia ihmisen solun jakautumista rajoittavan tunnetun mekanismin kanssa (50 jakautumista [4] ), ja ehdotettiin, että meioosi laukaisee telomeerien venymisen , jota ei esiintynyt muissa solusyklin vaiheissa. Kuitenkin kävi ilmi, että väreillä ei havaita telomeerialueiden lyhentymistä meioosien välillä, kun taas DNA :n kokonaismäärä pienenee.
Tähän mennessä oletetaan, että seksuaalisen lisääntymisen avulla teurastetaan yksilöitä, joille on kertynyt kriittinen määrä mutaatioita, joiden lisääntyminen on myöhemmin haitallista populaatiolle , ja on myös mahdollista suorittaa homologinen korjaus , joka lisää populaation genotyypin yleinen samankaltaisuus . Samaan aikaan yksittäisten organismien genotyyppien monimuotoisuus lisääntyy, mikä mahdollistaa väestön sopeutumisen erilaisiin ulkoisiin olosuhteisiin. Siitä huolimatta ei ole selvää, riittääkö yksi DNA-vaurion kertymä pakottamaan ripset lopettamaan jakautumisen, vai onko kyseessä yksittäiselle ripsille äärimmäisen epäedullinen, mutta koko populaatiota säästävä geneettinen ohjelma.
Samanlaisia ikääntymismekanismeja havaitaan bakteereissa [2] , hiivassa [5] , mikä on ristiriidassa Charles Darwinin luonnollisen valinnan lain alkuperäisen version kanssa , joka kuitenkin salli monimutkaisten suhteiden, kuten altruismin, olemassaolon väestössä. On paljon loogisempaa tarkastella havaittuja ilmiöitä Richard Dawkinsin asemasta , joka on kuvattu kirjassaan "The Selfish Gene ".
Yksi tutkijoiden suosikkimalliesineistä on leivinhiiva lat. Saccharomyces cerevisiae . Ne ovat äärimmäisen käteviä korkean jakautumisnopeudensa, mutanttien suhteellisen helpon hankkimisen vuoksi esimerkiksi hiiriin verrattuna ja monien muiden etujen vuoksi, mutta hiivan ja muiden yksisoluisten organismien ikääntymisen tutkiminen ei voi simuloida ikääntymistä esim. ihmisissä.
On kaksi tapaa tutkia hiivan ikääntymistä - replikatiivista ja ajallista ikääntymistä.
Hiivan replikatiivinen ikääntyminen on hiivasolujen jakautumisen luonnollista hidastumista ja sitä seuraavaa pysähtymistä mitoosin seurauksena, laskettuna siitä hetkestä, kun nuori solu silmua suuremmasta hiivasolusta.
Tämä määritelmä osoittaa, että replikatiivisen vanhenemisen tutkiminen on mahdollista vain orastavan hiivan mitoosin epäsymmetrian vuoksi. Tässä tapauksessa uudelle organismille otetaan nuori munuainen ja vanhalle iso solu. Tulevaisuudessa vanha solu lakkaa jakautumasta ja kuolee, kun taas nuori kasvaa ja silmuu noin 50 kertaa.
Tarkkaan ottaen ikääntyminen universaalina prosessina ei korreloi suoraan hiivan replikaation vanhenemisen kanssa, mikä pikemminkin kuvaa lisääntymispotentiaalin menetystä.
Mikroskopialla ja hiivan pinnalle arpien muodostumiskohtaan jäämisen avulla osoitettiin, että silmumista ei tapahdu siellä, missä se on jo tapahtunut [6] [7] , mutta laskelma osoittaa, että pinta-ala ei rajoita solujen jakautumisen määrä.
Tiedetään, että kromosomin ulkopuolinen sirkulaarinen ribosomaalinen DNA, vaurioituneet proteiinit ja proteolyyseihin kykenemättömät proteiiniaggregaatit kerääntyvät vanhaan soluun [5] . Ilmeisesti nämä tekijät vaikuttavat negatiivisesti vanhaan soluun, niiden kerääntyminen yhteen soluun ja sen myöhempi kuolema estää rikkoutuneen DNA:n ja muiden roskien leviämisen populaatioon.
Hiivan ajallinen tai kronologinen ikääntyminen perustuu solujen eloonjäämisen tutkimukseen kiinteässä hiivaviljelmässä ajan myötä. Se ei riipu solujen jakautumisesta, vaan sille on ominaista vain aika ja elossa olevien solujen prosenttiosuus tiettynä aikana.
Hiivan kronologisen ikääntymisen mekanismin tutkimus johti odottamattomaan johtopäätökseen, että solukuolema paikallaan olevassa viljelmässä tapahtuu niiden omien metaboliittien, erityisesti etikkahapon, aiheuttaman myrkytyksen seurauksena [8] . Tämä ei kuitenkaan estä monia tutkijoita tutkimasta hiivan kronologista ikääntymistä [9] .
Ajatus prokaryoottisesta ikääntymisestä kehitettiin vasta viime aikoina johtuen useista vaikeuksista tämän kysymyksen tutkimisessa. Itse asiassa, jos organismi lisääntyy binäärifissiolla, sen ikää ja vanhempien ja lasten välistä suhdetta on vaikea määrittää tiedefilosofian näkökulmasta. Uudet tutkimusmenetelmät ja -kohteet tulivat apuun, jotka määrittelivät nämä käsitteet yksiselitteisesti.
Ensinnäkin luonnossa on prokaryootteja, jotka jakautuvat epäsymmetrisesti (yllä käsitellyn hiivan esimerkin avulla kysymys on siitä, missä vanhempi ja missä jälkeläinen ei synny), ja tämä antaa meille mahdollisuuden analysoida tällaisten organismien kohtaloa niiden ilmestymisestä kuolemaan. . Tyylikkäästi on osoitettu, että C. crescentus, gramnegatiivinen oligotrofinen bakteeri, joka elää makean veden järvissä ja puroissa ja johtaa pitkälti kiinnittyvää elämäntapaa, ikääntyy ja suunnattu kehitys jälkeläisten varhaisen valinnan olosuhteissa johtaa haitallisten mutaatioiden kerääntymiseen. kypsemmässä iässä. [3]
Symmetrisesti jakautuvissa bakteereissa, kuten E. colissa, tapahtuu eräänlaista ikääntymistä. Koska niiden solujakautuminen tapahtuu aina poikki, saamme tietoa bakteerien replikatiivisesta ikääntymisestä tarkkailemalla niiden lisääntymistä ajan kuluessa useiden sukupolvien ajan ja huomioimalla jakautumisen välisen ajan. Tällainen koe [2] perustettiin jopa aikaisemmin kuin yllä kuvattu [3] , ja kävi ilmi, että E. coli -kloonit ovat fysiologisesti erilaisia. Vanhoja solunapoja kantavat bakteerit (napamerkinnät korkearesoluutioisella videolla oli ainoa tapa erottaa solut esiintymishetkellä) jakautuivat hitaammin kuin uudemmat klooninsa, mikä viittaa myös bakteerien ikääntymiseen .