Senescencja komórkowa opisuje stabilny stan zatrzymania cyklu komórkowego, w którym komórki nie dzielą się, ale pozostają metabolizująco aktywne. Proces ten uważany jest za jeden z centralnych cech starzenia i jest intensywnie badany w kontekście procesów starzenia oraz zmian związanych z wiekiem. Ale dlaczego w ogóle powstają komórki senescencyjne – i czy są one szkodliwe, czy ochronne? W tym artykule dowiesz się, jak powstaje senescencja komórkowa, jakie mechanizmy molekularne są zaangażowane i jaką rolę odgrywa w biologicznym starzeniu się.
Co to jest senescencja komórkowa i czym są komórki zombie?
Senescencja komórkowa to stabilny stan zatrzymania cyklu komórkowego, w którym komórki nie dzielą się, ale pozostają metabolizująco aktywne.Potocznie takie komórki nazywane są „nieumarłymi” lub „komórkami-zombie” – i w tym nie ma wiele błędu, ponieważ komórki senescencyjne nie są ani w pełni funkcjonalne, ani martwe.
Senescencja (od łac. senescere = starzeć się) stanowi końcowy etap różnych procesów stresowych i uszkodzeniowych komórek i odgrywa znaczącą rolę w biologicznym starzeniu się. W młodym wieku wydaje się być rodzajem bezpiecznego stanu pośredniego dla zdegenerowanych lub uszkodzonych komórek. W naszych artykułach dotyczących niestabilności genomowej i dysfunkcji mitochondrialnej już napotkaliśmy ten mechanizm.
Pierwsze eksperymentalne dowody na to zjawisko dostarczyli w latach 60. Leonard Hayflick i Paul Moorhead. Obserwowali, że ludzkie fibroblasty w hodowli komórkowej dzielą się tylko około 50 razy, zanim trwale przejdą w stan zatrzymania podziału.To zjawisko nazywane jest replikacyjną starością lub – na cześć jego odkrywcy – limitem Hayflicka.
Dziś wiadomo, że ta forma starości jest w dużej mierze wywoływana przez skrócenie telomerów . Istnieją jednak także inne czynniki, które mogą indukować starość komórkową niezależnie od zużycia telomerów.
Jeśli telomery są zbyt mocno zredukowane, rozpoczyna się albo proces apoptozy, albo komórki stają się senescentne.
Jak mierzy się starość?
Starość nie jest mierzalna za pomocą pojedynczego parametru laboratoryjnego. Dlatego badacze posługują się tzw. markerami zastępczymi, które pośrednio pozwalają na wyciągnięcie wniosków. W przypadku starości komórkowej jako marker stosuje się uszkodzenia DNA lub β-galaktozydazę związaną z starością (SABG).
Oprócz uszkodzeń w obszarze telomerów, szczególnie dwa inne punkty przyczyniają się do starzenia komórkowego: uszkodzenia DNA nie-telomerowego oraz lokus INK4/ARF na DNA. Oba występują w związku z wiekiem chronologicznym i mogą indukować senescencję.
W badaniu z 2009 roku przeprowadzono kwantyfikację na podstawie tych dwóch parametrów u myszy. Wartości wyniosły około 8% komórek senescencyjnych u młodych myszy i około 17% u bardzo starych myszy. Zakres senescencji komórkowej różni się w zależności od tkanki.
Starzenie się i senescencja komórkowa
Teraz wiemy, że wraz z wiekiem liczba komórek senescencyjnych wzrasta. Dlaczego tak jest? Powstaje zbyt wiele tych „nieumarłych” komórek lub zbyt mało jest usuwanych. Prawda leży gdzieś pośrodku.
Możliwe, że głównym celem senescencji jest zapobieganie rozmnażaniu uszkodzonych komórek i wywołanie ich usunięcia przez układ odpornościowy. Senescencja jest u.A. korzystną reakcją kompensacyjną, aby uwolnić tkanki od uszkodzonych, a nawet potencjalnie nowotworowych komórek.
Problem z starzeniem się to brak zdolności regeneracyjnej. W rezultacie dochodzi do gromadzenia się komórek senescencyjnych, które prędzej czy później pogarszają szkody. Wręcz przeciwnie, to sekretyna jest winowajcą: W przypadku komórek senescencyjnych jest ona szczególnie bogata w substancje prozapalne, zwane fenotypem sekrecyjnym związanym z senescencją (SASP). Więcej na ten temat znajdziesz w artykule o Inflammaging.
Podział komórek jako mechanizm recyklingu jest ściśle regulowany w organizmie.
Mitogenna sygnalizacja – gdy coś idzie nie tak podczas podziału komórek
Oprócz uszkodzeń DNA, nadmierna mitogenna (indukująca podział komórek) sygnalizacja jest związana z senescencją. W odpowiedzi na te sygnały w komórce może zostać wywołana senescencja. INK4a / ARF-Locus jest w tym kontekście niezrównany pod względem znaczenia.
Locus INK4a/ARF i p53 – centralne regulatory senescencji?
Poziom p16INK4a jest związany z wiekiem chronologicznym we wszystkich analizowanych tkankach. Locus INK4a/ARF został zidentyfikowany jako genetyczne miejsce, które jest związane z największą liczbą patologii związanych z wiekiem (układ sercowo-naczyniowy, cukrzyca, Alzheimer). p53 jest kolejnym białkiem, które indukuje senescencję.
Czy wiedziałeś? Białko p16Ink4a przyczynia się do aktywacji sygnałów prozapalnych (SASP), co może prowadzić do nasilenia stanu zapalnego i zwiększonego gromadzenia tłuszczu w wątrobie (NAFLD).
Przeciwieństwa, ale jednak podobne?
Aktywacja p16INK4a i p53 jest korzystną reakcją w kontekście zapobiegania nowotworom. Jednak gdy uszkodzenia są rozległe i dotyczą dużej części komórek, zdolność regeneracyjna się wyczerpuje. W takich warunkach proces starzenia się przyspiesza.
Senescencja komórkowa – podsumowanie i klasyfikacja
Senescencja komórkowa jest pożyteczną reakcją kompensacyjną na uszkodzenia, która jednak może również przyspieszać proces starzenia, gdy tkanki nie mogą się już wystarczająco regenerować.W odpowiedniej równowadze komórki senescencyjne pomagają nam "zamrażać" uszkodzone komórki, zanim dojdzie do ich złośliwego przekształcenia. W miarę starzenia się ich liczba może jednak wzrosnąć na tyle, że stan zapalny zostanie pobudzony.
W następnym artykule z tej serii omówimy ósmy znak starzenia się: wyczerpanie komórek macierzystych.
