Żywa komórka to skomplikowany system różnych interakcji, dysfunkcja choćby jednej z nich wpływa na wszystkie inne. Starzenie się jest sumą objawów, a nie konkretną chorobą.
Jak wytłumaczyć starzenie się? Niektóre teorie upatrują jego źródeł w samej esencji komórki żywej i postulują obecność zaprogramowanych tam mechanizmów, których zadaniem jest doprowadzenie komórki do śmierci. W takim podejściu dostrzec można celowość. Inne koncepcje wskazują na zużycie materiału. Wszelkie biomolekuły, których aktywność składa się na to, co nazywamy życiem, muszą być przez komórkę wytwarzane na bieżąco, ponieważ po kilkakrotnym spełnieniu swojej funkcji zaczynają zawodzić i wymagają wymiany. W tym podejściu podkreśla się akumulację uszkodzeń.
Teorii próbujących rozwikłać tajemnicę starzenia jest dziś ponad 300. Ważne jednak, żeby nie próbować postrzegać proponowanych hipotez jako wykluczających się, a objawów starzenia jako odrębnych, bo każdy z nich wynika ze wszystkich innych i wpływa na pozostałe.
1. Brak stabilności genomu.
To zwiększenie częstotliwości występowania mutacji w materiale genetycznym komórki. Jeśli w uproszczeniu spojrzymy na materiał genetyczny jak na instrukcję, z której odczytywane są informacje dotyczące działania organizmu, jasne jest, że każda zmiana w jej tekście może mieć niebezpieczne skutki. Wszelkiego rodzaju mutacje pojawiają się w genomie cały czas: kiedy wystawiamy się na działanie promieniowania UV, gdy mamy kontakt z wirusami i bakteriami ze środowiska. A także podczas uprawiania sportu – narażamy wówczas organizm na stres tlenowy. Dzieje się tak nawet wtedy, gdy spokojnie odpoczywamy, nie robiąc nic.
W każdej chwili w materiale genetycznym coś się psuje. Jednak jesteśmy wyposażeni w systemy wykrywające i naprawiające błędy, dzięki czemu cieszymy się spójnością naszych „wewnętrznych instrukcji”. Wraz z wiekiem mechanizmy te zaczynają zawodzić, a niewykryte mutacje akumulują się. Na matrycy zmutowanego DNA powstają białka, które cechują się odrobinę zmienioną strukturą. Taka mutacja mogłaby oczywiście nieść pozytywne skutki, ale zazwyczaj wiąże się jednak z obniżeniem aktywności białka.
Systemy regulacji odczytywania genów również padają ofiarą niestabilności, więc komórka produkuje zbyt mało lub zbyt dużo białka kodowanego przez dany gen. Mutacje te napędzają się wzajemnie, a przy niedoskonałym już systemie napraw nieunikniony jest chaos. Z chaosu natomiast bardzo chętnie wyłaniają się nowotwory, które w młodym organizmie szybko zostałyby przyłapane i zneutralizowane, ale w przypadku spracowanych mechanizmów ochronnych mają one znacznie większą sposobność rozwinięcia się w poważną chorobę.
2. Skracanie telomerów.
Fenomen, który można zaobserwować w większości ludzkich komórek. Materiał genetyczny jest drogocenny, dlatego ewolucja wypracowała wiele metod chronienia go przed uszkodzeniem. Funkcja telomerów polega na osłanianiu końcówek chromosomów. Działania te są potrzebne, ponieważ mechanizmy naprawy DNA mogą pomylić końcówkę chromosomu z pęknięciem i podjąć próbę sklejenia jej z pobliską, inną końcówką. Dla komórki oznaczałoby to tragedię. Dlatego właśnie na końcach chromosomów znajdziemy repetytywne sekwencje, które chronią przed degeneracją. Jednak z każdym podziałem komórki, którego jednym z etapów jest duplikacja DNA, telomery skracają się. W pewnym momencie ich zabraknie, a materiał genetyczny straci niezbędną ochronę.
Liczbę podziałów, które komórka może przeprowadzić, zanim jej telomery ulegną degeneracji, określa się jako limit Hayflicka. W ludzkich komórkach wynosi on od 50 do 70. Fascynującym faktem jest, że każda ludzka komórka zawiera w swoim DNA gen kodujący telomerazę. Zadaniem tego enzymu jest wydłużanie telomerów, więc w teorii wcale nie muszą się one skracać z biegiem lat. Drugą stroną medalu jest niestety to, że większość ludzkich komórek nie odczytuje owego genu, zatem telomeraza się w nich nie pojawia. Jest ona produkowana głównie w komórkach macierzystych, ale też w komórkach nowotworowych, które na skutek tego mają możliwość nieograniczonego namnażania się.
3. Zmiany epigenetyczne.
Jeśli genom jest instrukcją obsługi komórki, to epigenom oznacza sposób jej interpretacji. Chociaż genom sam w sobie niesie ogrom informacji, skomplikowany twór, którym jest komórka, wymaga wysublimowanych metod regulacji wszelkich zachodzących w niej procesów. Do tego właśnie potrzebny jest epigenom – zbiór odwracalnych modyfikacji chemicznych genów, które wpływają na sposób odczytywania tych genów.
Pomimo wielu lat badań epigenetyka nadal pozostaje dziedziną dosyć niejasną. Dla mnie jest odpowiednikiem nieświadomości w psychoanalizie – chociaż głęboko ukryta, znacząco wpływa na działanie jednostki w świecie. Modyfikacje epigenetyczne nie są stałe i zmieniają się wraz z doświadczeniami komórki. Deregulację maszynerii odpowiedzialnej za modyfikacje epigenetyczne powiązano ze starzeniem, a także z procesem nowotworzenia.
4. Utrata proteostazy.
Żywą komórkę można sobie wyobrazić jako biologiczną fabrykę, która zajmuje się produkcją samej siebie. Zatrudnieni w tej fabryce pracownicy oraz maszyny to białka. Wśród nich są enzymy przeprowadzające reakcje chemiczne metabolizmu, receptory na powierzchni komórki, które służą do wyłapywania hormonów i innych cząstek sygnałowych, jak również same cząstki sygnałowe oraz białka budulcowe, wchodzące np. w skład włókien mięśniowych. Cały ten białkowy galimatias zachowuje spójność dzięki interakcjom.
Kluczowe więc jest, by każde białko było obecne w komórce w odpowiedniej ilości – i w odpowiednim miejscu. Niestety wraz ze zużyciem materiału białka zaczynają niedomagać. Reakcje enzymatyczne spowalniają, liczba receptorów spada, a cząstki sygnałowe gubią się w organicznym labiryncie.
Delikatna równowaga białkowa zostaje zaburzona, a jej zdolność do samoregulacji spada. Stąd prosta droga do chaosu i losowych awarii, które odbijają się na jakości funkcjonowania wszystkich procesów komórkowych.
5. Dysfunkcje mitochondrialne.
Wszyscy słyszeliśmy, że mitochondrium jest komórkową elektrownią, ale związanych z nim procesów jest znacznie więcej. Odpowiada za syntezę hemu (związku niezbędnego do transportu tlenu i dwutlenku węgla), koordynuje wiele szlaków sygnalizacyjnych, które utrzymują komórkę we względnym porządku, reguluje przebieg metabolizmu komórki itd.
Problemy związane są jednak przede wszystkim z jego najbardziej znaną funkcją, czyli produkcją energii. Podczas tego procesu powstają różne produkty uboczne, wśród których wysoce niebezpieczne są reaktywne formy tlenu. Mają one tendencję do wchodzenia w reakcję z każdą napotkaną na swojej drodze biomolekułą, której grozi przez to zniszczenie. Wraz z wiekiem intensywność ich powstawania rośnie. Powoduje to uszkodzenia w samych mitochondriach i prowadzi do nasilenia wytwarzania reaktywnych form tlenu – trudno tu rozróżnić, co jest przyczyną, a co skutkiem.
Jasne jednak, że dysfunkcje mitochondrium przekładają się na funkcjonowanie całej komórki i to właśnie w sekretach mitochondrium wielu poszukuje odpowiedzi na pytania o wieczną młodość.
6. Zanikanie komórek macierzystych.
Każdy człowiek był kiedyś pojedynczą komórką, z której w wyniku podziałów i specjalizowania się do konkretnych funkcji powstały miliardy maszyn biologicznych, a ich sumą jest ludzkie ciało. Potencjał, by wytwarzać potomstwo, mają z początku wszystkie komórki, ale wraz z wiekiem ich liczebność spada.
Oczywiście w niektórych miejscach organizmu nadal posiadamy komórki macierzyste, których rolą jest regeneracja zużytych tkanek. Człowiek przecież codziennie traci mnóstwo komórek skóry. Komórki wątroby starzeją się i muszą zostać zastąpione, a szpik kostny nieustannie produkuje nowe składniki krwi. Wszystko to dzięki komórkom macierzystym, które za nic mają sobie zasadę ograniczonych podziałów.
Z pojedynczej komórki macierzystej możemy w warunkach laboratoryjnych, wzorując się na naturalnych mechanizmach, wytworzyć dowolną komórkę. Teoretycznie prawdopodobna jest także przemiana każdej komórki żywej w macierzystą, jednak proces ten nie zachodzi w dojrzałym organizmie. Stąd malejąca liczba komórek macierzystych oraz idący za tym spadek tempa regeneracji tkanek.
Czytaj również:
