A halhatatlanság küszöbén vagyunk?
Bizonyára mindannyian csodálkoztunk azon, miért öregszik és hal meg minden élőlény. Egy emberben ezek a gondolatok szorongást vagy félelmet, de természetesen kíváncsiságot is okozhatnak. Miért "tervezünk" minket arra, hogy idővel megöregedjünk? Ez biológiai szempontból is nagyon érthetetlennek tűnhet. Végül is, mi előnyös az adott egyén fokozatos kopása és vitalitásának elvesztése szempontjából?
A cikk szerzője, Ing. Tomáš Bertók, PhD., EUR ING, a Szlovák Tudományos Akadémia Kémiai Intézetének kutatója és a Glycanostics startup cég társalapítója. Számos díj birtokosa, köztük a 2016-os Fiatal Személyiségi Tudomány Díja nyertese.
Először is el kell mondani, hogy ismerünk olyan organizmusokat, amelyek nem öregednek. Például a baktérium öregszik, de amikor két leánypéldányra oszlik, az óra "forog", és mindkét sejt új, fiatal organizmusként indul újra. Ha nem ez lenne a helyzet, és az egysejtű organizmusok minden egyes generációval kissé idősebbé válnának, már régen kihalnának. Mivel bolygónkon többsejtű szervezetek előtt jelentek meg, látjuk, hogy ez nyilvánvalóan nem történt meg.
Egy másik példa a rákos sejtek - a daganatos sejtvonalakat a kutatásban "halhatatlannak" is nevezik. Mit tudunk elképzelni ez alatt?
A rákos sejtek halhatatlansága
Az osztódás a legtöbb sejt életciklusának természetes része. Növeli számukat, és lehetővé teszi az élet során a test szöveteiben bekövetkező károsodások kijavítását. Az osztódás során egy bizonyos folyamat azonban bekövetkezik, amely az egyik, ma már általánosan elfogadott öregedési elmélet szerint hozzájárul a károsodás felhalmozódásához a sejtekben. Ezek a károsodások és a különféle funkciók elvesztése az öregedéshez vezetnek.
Így nem azért öregedünk, mert telik az idő, hanem inkább azért, mert a sejtosztódások száma természetesen növekszik az idő múlásával. Ha egy sejt felosztása élete során eléri egy bizonyos számot (az úgynevezett Hayflick-határ, amely sejttípusonként és minden organizmusban más és más), akkor a sejt fokozatosan diszfunkcionálissá válik, abbahagyja vagy akár el is pusztul mondhatta, hogy öregedett [1]. A halhatatlan sejtvonalak gyakorlatilag a végtelenségig oszthatók.
Mit csinálnak a bélsejt szemszínének génjei?
Mi történik valójában a sejttel molekuláris szinten? A sejt egyszerűen kicsi emberként képzelhető el - van egy felülete (úgynevezett membránja - az emberek bőrének analógiája), belső szervei (organelláiknak nevezzük őket) és egy "csontváz" (úgynevezett citoszkeleton) is. Minden, ami sejtszinten történik, a szervezet állapotában - az egészségünkben is tükröződik.
Minden sejt alapja a magja. Ez tartalmazza a genetikai információkat, amelyek felelősek minden egyes tulajdonságunkért, mint egészünkért. Minden sejt teljes genetikai információt tartalmaz az egész emberről. A szem színének génjei megtalálhatók a vastagbél sejtjeiben is. A kérdés az, hogy miért van ilyen információ a bélsejtben és miért van? Mit csinál valójában vele? A válasz egyszerű - semmi.
A gének azért találhatók a sejtben, mert sejtjük a sejtosztódás és a méhen belüli fejlődés során történő specializáció során öröklődött. A szemszín gént azonban egyszerűen nem használják (expresszálják) a bélsejtekben. Az úgynevezett a génexpresszió finom szabályozású és meghatározza, hogy a sejt milyen funkciót tölt be.
Ha az expresszió ellenőrzés alatt áll, akkor minden úgy működik, mint az óramű, és testünk minden sejtje csak azokat a géneket fejezi ki (írja át), amelyekre funkciójának hibátlan elvégzéséhez van szüksége. Ha valami elromlik, akkor probléma van. Különböző patológiák jelentősen károsítják a génexpressziót - tipikus példa a növekvő tumor. De ez a sejtek öregedésének folyamatában is megtörténik. Miért? A tudósok a múltban számos különböző magyarázattal álltak elő - az ún entrópikus elmélet (az univerzumban minden elöregedik - hegyek, nap és maga a világegyetem), vitalista, hormonális ... nagyon ígéretes volt a szabad gyökök elmélete.
Röviden, tény, hogy a sejtben töltött élet során olyan folyamatok zajlanak le, amelyek során (teljesen természetes módon) szabad oxigéngyökök képződnek. Ezek kémiailag rendkívül reaktívak. Felhalmozódása során előfordulhat az úgynevezett oxidatív stressz - a sejt különböző részeinek oxidatív károsodása.
Tény, hogy ez valóban megtörténik. De az elmélet nem magyarázza meg, miért. Következményt (oxidatív károsodást) látunk, de a megnövekedett oxidatív stressz okát nem [2]. Valószínűleg ezt már ma is tudjuk - kromoszómáink bizonyos részével, az ún telomerek.
A telomer kutatásokat Barbara McClintock amerikai tudós, 1983-ban fiziológiai vagy orvostudományi Nobel-díjas (egyéb kutatásért, a telomerek és telomeráz kutatásáért 2009-ben adták át a Nobel-díjat) [3]. Mik is pontosan a telomerek?
A kettős szálú DNS-t, amelybe egyedi genetikai kódunkat 4 betű (A, T, C és G) segítségével írjuk, bonyolultabb térszerkezetekké "kuszáljuk" különböző szinteken, amíg kromoszóma nem képződik (a betű alakja) X a képen). Az összes kromoszóma halmaza (emberben 23 pár, azaz összesen 46) a sejtmagban van tárolva (kivéve azokat a vörösvérsejteket, amelyek nem rendelkeznek maggal), forrás: pixabay.com
Telomerek és telomeráz
Genetikai információink jól el vannak rejtve és védve vannak a sejtmagban - kromoszómáinkban. Ezeknek a kromoszómáknak a végei telomereket képeznek. Ha egy hosszú DNS-szál egy húr lenne a cipőnkön, képzeljük el a telomer műanyag csúcsát.
Az egyes sejtosztódásokkal azonban a telomer enyhén rövidül. Így egy fiatalnak hosszabbak lesznek a telomerei, mint egy idősebbnek. Az, hogy az élet során mennyire rövidülnek meg telomerjeink, valószínűleg meghatározza biológiai életkorunkat. Ezt a hipotézist azonban óvatosan kell értelmezni - az egerek rövidebb ideig élnek, mint az emberek, de viszonylag hosszú telomerekkel rendelkeznek [4]. Ezen a ponton megemlíthetünk egy nagyon ritka betegséget - az ún előrehalad. A progeriában szenvedő betegek nagyon rövid telomerekkel születnek, gyermekkorban az idősebbekre emlékeztetnek, és gyakran viszonylag fiatalon halnak meg olyan betegségekben, amelyek kockázata az életkor előrehaladtával pl. szívroham [5].
Ha a telomereket csonkolják, akkor a génexpresszió is befolyásolja. Fokozatosan apró hibák és károsodások (beleértve az oxidatív stresszt is) halmozódnak fel a sejtben, és egy bizonyos képzeletbeli határ átlépése után megállapíthatjuk, hogy öregedtünk.
De hogyan lehetséges, hogy egyes szervezetek elkerülik az időskort? Az öregedés határa nincs szigorúan meghatározva az élővilágon. Ezenkívül nemcsak egysejtű, hanem többsejtű organizmusok is, mint pl. a halhatatlan medúza Turritopsis dohrnii.
A válasz valószínűleg a DNS-ben rejlik. Testünk minden sejtje képes egy speciális enzim, az úgynevezett telomeráz előállítására. Ez az enzim ismét meghosszabbíthatja a telomer rövidített végeit, potenciálisan megfordíthatja a fent leírt kaszkádot, azaz megváltozott génexpressziót, rendellenességek és oxidatív stressz felhalmozódását, egyes sejtfunkciók elvesztését és végső soron halált.
A telomeráz nagyon aktív a tumorsejtekben, de meglepő módon a rövid életű egerek egyes szöveteiben is. Míg a hagyományos emberi fibroblasztok (a testünkben a kollagén termeléséért felelős sejtek) határértéke körülbelül 40 sejtosztódás, addig a tumorsejtek korlátlanul osztódnak. De miért van a telomeráz, ha potenciálisan minden sejt képes előállítani (minden sejt rendelkezik egy génnel), csak egyes sejttípusokban (pl. Őssejtekben is) termelődik. Miért vagyunk ilyen "tervezve" így? Ezt a kérdést valószínűleg nem fogjuk olyan könnyen megismerni (ha egyáltalán). De figyelembe vehetünk egy szigorú tudományos - evolúciós szempontot.
Evolúció és öregedés
Az evolúció mozgatórugója, hogy a fajoknak versenyképesnek kell maradniuk a változó környezetben. A faj, nem pedig az egyed szót kell hangsúlyozni. Az egyén nyilvánvalóan külön fizet az öregedési folyamatért. Paradox módon nem. Miért?
Ennek oka, hogy a fajoknak fejlődniük kell. A fajok túlélése szempontjából döntő fontosságú a fizikai, kémiai vagy környezeti változásokhoz való alkalmazkodás. Ha a faj egyedei nem öregednek, akkor nem kényszerülnek arra, hogy aktívan keressék a genetikai információik átadásának lehetőségét a következő generációra, nem lenne több és több utód, ami új tulajdonságoknak tűnhet, amelyek a szülőknél még nem voltak meg.
Más szavakkal, ha az egyének nem törődnének vele, a fajok csak nagyon alacsony változékonyságot tartanának meg. A faj megőrzése érdekében ezért öregedésre van szükség az új és új generációk megjelenéséhez, amelyek új - potenciálisan előnyös tulajdonságokkal és jellemzőkkel rendelkeznek [6].
Az Alzheimer-kór lelassítása
A fent leírt összes magyarázat ellenére továbbra is kérdéses, hogy stimulálhatjuk-e testsejtjeinket a telomeráz termelésére és meghosszabbíthatjuk-e életünket. Hasonló alapú beavatkozás idős betegségekben, mint pl. Alzheimer-kór.
Bár az idegsejtek nem öregednek (mivel nem osztódnak), egy másik típusú sejt - az ún az idegsejtjeinket támogató gliasejtek már nem rendelkeznek ezzel a tulajdonsággal. Az Alzheimer-kór nyilvánvalóan a gliasejtek öregedésének a megnyilvánulása, nem önmagában a neuronok. A rendelkezésre álló adatok metaanalízise arra enged következtetni, hogy ebben az esetben, amikor az érintettnél lényegesen rövidebb telomerhosszt figyelünk meg, a betegség progresszióját a telomeráz lelassíthatja [7].
A telomeráz terápiás célpont lehet néhány rák kemoterápiájában is - inaktiválása a rákos sejtekben lényegében azt jelentené, hogy a daganat a terápia során elöregszik és elhal [8].
Mindenesetre azt kell mondani, hogy nem tudjuk megvédeni magunkat az öregedéssel szemben, és lehet, hogy nem is leszünk képesek erre. Bár az öregedés jeleit különféle módon enyhíthetjük, pl. a ráncok simításával, de az öregedés valódi lényege sejtjeink mélyén rejtőzik. A beavatkozás pedig sokkal bonyolultabb, mint az arc ránctalanító krémmel történő festése.
A Patreone támogatásának köszönhetően el tudtuk hozni ezt a cikket. A szimbolikus hozzájárulás további minőségi cikkek közzétételében is segít.