Хронологическое старение дрожжей (}jkuklkincyvtky vmgjyuny ;jk''yw)
Хронологическое старение дрожжей — уменьшение со временем жизнеспособности дрожжей в культуре в стационарной фазе. Хронологическое старение является второй основной моделью старения одноклеточных организмов, помимо репликативного старения — уменьшения скорости клеточного деления с увеличением числа прошедших делений. Поскольку, в отличие от модели репликативного старения, которая оперирует клеточными делениями, хронологическое старение оперирует временем, эта модель кажется ближе к старению многоклеточных организмов. Однако в 2009 году было показано, что хронологическое старение дрожжей S. cerevisiae в основном обусловлено накоплением вредных метаболитов в культуре, то есть не является по сути старением непосредственно организма[1]. Тем не менее, хронологическое старение одноклеточных организмов как модель для изучения механизмов старения в целом продолжает изучаться[2].
Явление хронологического старения дрожжей[3]
[править | править код]Было показано, что в стационарной культуре дрожжей наблюдается увеличение смертности с течением времени. При этом было показано, что дрожжи не умирали от недостатка питательных веществ в среде или от истощения запасных питательных веществ. Дрожжи культивировали на питательной среде (SDC) и в воде, и средняя продолжительность жизни в воде была больше примерно в два раза (примерно 15 суток против 7, в зависимости от штамма). Это согласовалось с данными о том, что ограничение питания замедляет старение.
Измерение хронологической продолжительности жизни дрожжей
[править | править код]Технически исследование хронологической продолжительности жизни является очень простым и не требует микроманипуляций. Исследование основано на мониторинге культур миллионов клеток дрожжей, что позволяет изучать продолжительность жизни мутантов и проводить широкие генные, геномные и биохимические анализы[4][5].
В стандартном эксперименте дрожжи выращивают на полной синтетической среде (SDC) до тех пор, пока не наступает арест клеточного цикла в результате истощения питательных веществ. Большинство клеток перестают делиться через 2-3 дня после начала культивирования. Жизнеспособность обычно исследуется с помощью измерения числа колониеобразующих единиц (КОЕ). Измерения начинают на третий день культивирования и продолжают до тех пор, пока количество КОЕ не снизится до 1-5 % от начального количества[4].
Период, в течение которого в культуре дрожжей не наблюдается деление, может длиться несколько недель, в зависимости от штамма[3]. При этом наблюдается постепенное увеличение смертности. После того, как почти все клетки умрут, может наступить период «адаптивного роста» — увеличение размера культуры в результате того, что мутации и, возможно, эпигенетические изменения сняли клеточный арест[3][6].
Молекулярные механизмы
[править | править код]Поскольку S. cerevisiae является очень удобным модельным организмом, проводилось много исследований, направленных на поиск генов, влияющих на скорость хронологического старения.
Понижение активности белка Sch9, протеин-киназы, вовлеченной в регуляцию клеточного цикла и роста в ответ на поступление питательных веществ, увеличивало хронологическую продолжительность жизни до трёх раз[7]. Отсутствие гомолога Shc9 у мышей — S6K1 киназы — также приводит к увеличению продолжительности жизни мышей[8]. Помимо этого, известно, что понижение активности различных белков IIS (инсулин/инсулин-подобный фактор роста) сигнального каскада (например, белка DAF-2 у C. elegans и D. melanogaster) приводит к увеличению продолжительности жизни. Таким образом, было сделано предположение, что увеличение продолжительности жизни может быть достигнуто путём инактивации сигнальных путей, связанных с поступлением питательных веществ и ростом, и, как следствие, активации «программы выживания»[9].
В присутствии глюкозы Ras/PKA сигнальный путь вызывает активацию транскрипционной программы роста. Потеря функции одного из белков Ras2 или Cyr1 (аденилатциклаза, вовлечённая в этот сигнальный путь) приводит к увеличению хронологической продолжительности жизни дрожжей до двух раз.
Как и у большинства организмов, увеличение продолжительности жизни дрожжей связано, по-видимому, с увеличением устойчивасти к окислительному стрессу. Все долгоживущие мутанты дрожжей устойчивы к супероксид-генерирующим агентам менадиону и параквату. При этом для увеличения продолжительности жизни необходима активность митохондриальной супероксид-дисмутазы MnSOD[4][10].
Однако в 2009 году было показано, что основной причиной хронологического старения и смерти дрожжей в стационарной культуре является накопление в среде продукта метаболизма дрожжей — уксусной кислоты[1]. Культивирование дрожжей на неферментируемой среде, ограничение питательных веществ и перенос дрожжей в воду увеличивает продолжительность жизни дрожжей в результате уменьшения количества уксусной кислоты в среде. Также было показано, что делеции по генам SCH9 и RAS2 приводят к увеличению устойчивости к уксусной кислоте. Таким образом, по-видимому старение дрожжей в стационарной культуре не является старением организма.
Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 Christopher R. Burtner, Christopher J. Murakami, Brian K. Kennedy, and Matt Kaeberlein. A molecular mechanism of chronological aging in yeast (англ.) // Cell Cycle[англ.] : journal. — 2009. — Vol. 8, no. 8. — P. 1256—1270.
- ↑ Valter D. Longo, Paola Fabrizio. Chronological Aging in Saccharomyces cerevisiae (неопр.) // Subcell Biochem. — 2012. — Т. 57. — С. 101—121. — doi:10.1007/978-94-007-2561-4_5.
- ↑ 1 2 3 Fabrizio P., Longo V. D. The chronological life span of Saccharomyces cerevisiae (англ.) // Aging Cell : journal. — 2003. — Vol. 2. — P. 73—81. — PMID 12882320.
- ↑ 1 2 3 Fabrizio P., Longo V. D. The chronological life span of Saccharomyces cerevisiae (англ.) // Meth Mol Biol : journal. — 2007. — Vol. 371. — P. 89—95.
- ↑ Fabrizio P., Li L., Longo V. D. Analysis of gene expression profile in yeast aging chronologically (англ.) // Mech Ageing Dev : journal. — 2005. — Vol. 126. — P. 11—16. — PMID 15610757.
- ↑ Fabrizio P., Battistella L., Vardavas R., Gattazzo C., Liou L. L., et al. Superoxide is a mediator of an altruistic aging program in Saccharomyces cerevisiae (англ.) // Cell Biol : journal. — 2004. — Vol. 166. — P. 1055—1067. — PMID 15452146.
- ↑ Fabrizio P., Pozza F., Pletcher S. D., Gendron C. M., Longo V. D. Regulation of longevity and stress resistance by Sch9 in yeast (англ.) // Science : journal. — 2001. — Vol. 292. — P. 288—290. — PMID 11292860.
- ↑ Selman C., Tullet J. M., Wieser D., Irvine E., Lingard S. J., et al. Ribosomal protein S6 kinase 1 signaling regulates mammalian life span (англ.) // Science. — 2009. — Vol. 326. — P. 140—144. — PMID 19797661.
- ↑ Longo V. D., Finch C. E. Evolutionary medicine: from dwarf model systems to healthy centenarians (англ.) // Science : journal. — 2003. — Vol. 299. — P. 1342—1346. — PMID 12610293.
- ↑ Longo V. D., Gralla E. B., Valentine J. S. Superoxide dismutase activity is essential for stationary phase survival in Saccharomyces cerevisiae. Mitochondrial production of toxic oxygen species in vivo (англ.) // Biol Chem.[англ.] : journal. — 1996. — Vol. 271. — P. 12275—12280. — PMID 8647826.