Klonal senescens (engelsk: clonal senescence) er en type cellulær senescens , en egenskab ved en række mitotisk delende celler, såsom somatiske celler eller nogle protozoer [1] , som viser sig ved at bremse og til sidst standse celledelinger. Klonal aldring kan overvindes: for protozoer, seksuel reproduktion, hvorefter kroppen genopretter delingshastigheden, og for somatiske celler, kræfttransformation eller ydre påvirkninger . Tilstedeværelsen af cellulær aldring er også blevet påvist for bakterier, for eksempel E.coli [2] , C.crescentus [3] .
Begrænsning af antallet af celledelinger er en egenskab hos de levende, takket være hvilke flercellede organismer er i stand til at eksistere (de skal forbyde den spontane deling af cellemasse, samt bekæmpe kræft) og encellede (bruges som en måde at reducere antallet af mutationer i en population). Den første beviste mekanisme til at stoppe celledelinger var afkortningen af telomere områder af kromosomer, Hayflick-grænsen [4] , denne mekanisme er dog langt fra den eneste, og ligesom mange vigtige cellulære processer styres klonal aldring på flere måder.
Mange encellede organismer i deres livscyklus veksler mellem seksuel og aseksuel reproduktion, mens aseksuel som regel under gunstige forhold foretrækkes (og så alt er fint, der er ingen grund til at ændre), og seksuel er forbundet med risiko og overførsel af ugunstige forhold.
Samtidig er alle organismer modtagelige for mutagenese , som skal være indeholdt. Den komplekse proces med konjugation af ciliater, som er forbundet med en stor risiko for disse organismer og ikke fører til en stigning i deres antal, sikrer fornyelsen af genetisk information. Uden den deler ciliater sig ved mitose omkring 200 gange [1] , hvorefter de holder op med at dele sig og senere dør.
Ved at tegne en analogi med den kendte mekanisme til begrænsning af menneskelige celledelinger (50 delinger [4] ) blev det foreslået, at meiose udløser telomerforlængelse , som ikke fandt sted på andre stadier af cellecyklussen. Det viste sig dog, at der i ciliater ikke observeres afkortning af telomere områder mellem meioser, mens den samlede mængde af DNA falder.
Hidtil antages det, at man ved hjælp af seksuel reproduktion afliver individer, der har akkumuleret et kritisk antal mutationer, hvis reproduktion senere vil være skadelig for befolkningen , og det er også muligt at udføre homolog reparation , hvilket øger overordnet lighed mellem befolkningsgenotypen . Samtidig øges diversiteten af genotyper af individuelle organismer, hvilket gør det muligt for befolkningen at tilpasse sig forskellige ydre forhold. Ikke desto mindre er det ikke klart, om én ophobning af DNA-skader er nok til at tvinge ciliater til at holde op med at dele sig, eller om der er tale om et genetisk program, der er yderst ugunstigt for et individuelt ciliat, men som sparer for befolkningen som helhed.
Lignende mekanismer for aldring observeres i bakterier [2] , gær [5] , hvilket er i modstrid med den oprindelige version af Charles Darwins lov om naturlig udvælgelse , som dog tillod eksistensen af komplekse forhold, såsom altruisme, i befolkningen. Det er meget mere logisk at betragte de observerede fænomener fra Richard Dawkins ' position , beskrevet i hans bog "The Selfish Gene ".
Et af forskernes foretrukne modelobjekter er bagegær lat. Saccharomyces cerevisiae . De er yderst bekvemme på grund af deres høje delingshastighed, den relative lethed at opnå mutanter sammenlignet med f.eks. mus og mange andre fordele, men studiet af aldring i gær og andre encellede organismer kan ikke simulere ældning, f.eks. hos mennesker.
Der er to måder at studere aldring af gær - replikativ og tidsmæssig aldring.
Replikativ ældning af gær er en naturlig opbremsning og efterfølgende stop af gærcelledelinger som følge af mitose, tællet fra det øjeblik en ung celle knopper fra en større gærcelle.
Denne definition viser, at undersøgelsen af replikativ senescens kun er mulig på grund af asymmetrien af mitose i spirende gær. I dette tilfælde tages en ung nyre for en ny organisme og en stor celle for en gammel. I fremtiden holder den gamle celle op med at dele sig og dør, mens den unge vokser og knopper omkring 50 gange.
Strengt taget er aldring, som en universel proces, ikke direkte korreleret med gærreplikations-ældning, hvilket snarere illustrerer tabet af reproduktionspotentiale.
Ved at bruge mikroskopi og forblive på overfladen af gæren på stedet for spirende ar, blev det vist, at knopskydning ikke forekommer, hvor det allerede er sket [6] [7] , dog viser beregningen, at overfladearealet ikke begrænser antal celledelinger.
Det er kendt, at ekstrakromosomalt cirkulært ribosomalt DNA, beskadigede proteiner og proteinaggregater, der ikke er i stand til proteolyse, akkumuleres i en gammel celle [5] . Tilsyneladende påvirker disse faktorer negativt den gamle celle, deres ophobning i én celle og dens yderligere død forhindrer spredningen af ødelagt DNA og andet affald i befolkningen.
Den tidsmæssige eller kronologiske ældning af gær er baseret på undersøgelsen af cellers overlevelse i stationær gærkultur over tid. Det afhænger ikke af celledelinger, men er kun karakteriseret ved tid og procentdelen af overlevende celler på et givet tidspunkt.
Studiet af mekanismen bag kronologisk ældning af gær førte til den uventede konklusion, at celledød i stationær kultur opstår som følge af forgiftning af deres egne metabolitter, især eddikesyre [8] . Dette forhindrer dog ikke mange videnskabsmænd i at studere den kronologiske ældning af gær [9] .
Ideen om prokaryot aldring blev kun udviklet i den seneste tid på grund af en række vanskeligheder med at studere dette spørgsmål. Faktisk, hvis en organisme reproducerer ved binær fission, er det vanskeligt at bestemme dens alder og forældre-barn-forhold ud fra videnskabsfilosofiens synspunkt. Nye metoder og forskningsobjekter kom til undsætning og definerede utvetydigt disse begreber.
For det første er der i naturen prokaryoter, der deler sig asymmetrisk (ved at bruge det ovenfor omtalte gæreksempel er spørgsmålet, hvor forælderen og hvor efterkommeren ikke opstår), og dette giver os mulighed for at analysere skæbnen for sådanne organismer fra deres udseende til døden . Det er elegant vist, at C. crescentus, en gram-negativ oligotrof bakterie, der lever i ferskvandssøer og vandløb og fører en i vid udstrækning knyttet livsstil, alder og styret udvikling under forhold med tidlig udvælgelse af afkom fører til ophobning af mutationer, der er skadelige i en mere moden alder. [3]
Der er en form for aldring i symmetrisk delende bakterier, såsom E. coli. Da deres celledeling altid går på tværs, vil vi ved at observere deres reproduktion over tid over flere generationer og notere tiden mellem delinger få data om bakteriers replikative ældning. Et sådant eksperiment [2] blev sat op endnu tidligere end det ovenfor beskrevne [3] , og det viste sig, at E. coli kloner er fysiologisk forskellige. Bakterier med ældre cellepoler (polmærkning på video i høj opløsning var den eneste måde at adskille celler på på tidspunktet for forekomsten) delte sig langsommere end deres nyere kloner, hvilket også tyder på ældning i bakterier .