Kaip greitai įvairios kūno ląstelės save pakeičia?
1 lentelė. Ląstelių atsinaujinimo dažnis skirtinguose žmogaus kūno audiniuose. Vertės suapvalinamos iki vieno reikšmingo skaitmens. Pateikdami kontekstą per kasdienio gyvenimo pakeitimo procesus, pastebime, kad plaukai pailgėja maždaug 1 cm per mėnesį (BNID 109909), o nagai auga maždaug 0,3 cm per mėnesį (BNID 109990), o tai yra maždaug toks pat greitis, kaip ir kontinentui plintant plokštelių tektonikoje. tai padidina atstumą tarp Šiaurės Amerikos ir Europos (BNID 110286).
Ląstelių atsinaujinimo klausimas yra tas, kurį visi turime intuityvios kasdienės patirties. Mes visi pastebime, kad plaukai reguliariai slenka, tačiau mes neplikame (bent jau ne tol, kol patinai sulauks tam tikro amžiaus!). Panašiai mes visi turėjome patirties pjaustyti save tik norėdami pamatyti, kaip naujos ląstelės pakeitė pažeistus pirmtakus. Mes dovanojame kraują ar duodame kraujo mėginius palaipsniui neištuštindami kraujotakos sistemos. Visi šie pavyzdžiai rodo ląstelių pakaitalą, būdingą skirtingiems audiniams ir esant skirtingoms sąlygoms, tačiau dėl kurio visiškai aišku, kad daugeliui ląstelių tipų atsinaujinimas yra jų istorijos dalis. Konkrečiau kalbant, žinoma, kad mūsų odos ląstelės nuolat išsiskiria ir vėliau atsinaujina. Raudonieji kraujo kūneliai kartojasi per mūsų kraują maždaug 4 mėnesius (BNID 107875, 102526). Šį gyvenimą galime susieti su vinjetėje apskaičiuotu faktu „Kiek ląstelių yra organizme?“ kad yra apie 3 × 1013 raudonųjų kraujo kūnelių, kad būtų galima daryti išvadą, jog kiekvieną minutę mūsų kūne susidaro apie 100 milijonų naujų raudonųjų kraujo kūnelių! Mūsų ląstelės pakeičiamos ir daugumoje kitų mūsų kūno audinių, nors manoma, kad mūsų akių lęšių ląstelės ir dauguma mūsų centrinės nervų sistemos neuronų yra specialūs pavyzdžiai. Skirtingų mūsų kūno ląstelių pakeitimo rodiklių rinkinys pateiktas 1 lentelėje.
1 pav. Audinių apykaitos laiko nustatymas iš natūralių stabilių izotopų ženklinimo. Visuotinis 14C lygis aplinkoje rodomas raudonai. 1955–1963 m. Didelis 14C papildymas yra branduolinių bombų bandymų rezultatas. Ląstelių amžius skirtinguose suaugusių žmogaus organuose nustatomas atlikus genomo DNR 14C lygio analizę, išmatuotą 2003–2004 m. Iš smegenėlių, pakaušio-žievės ir plonosios žarnos. Asmens gimimo metai nurodomi vertikalia linija. Stabilus izotopų lygis atskleidžia skirtingus skirtingų audinių ląstelių apykaitos rodiklius. (Adaptuota iš KL Spalding ir kt., Cell, 122: 133-143, 2005.)
Kaip galima išmatuoti ląstelių pakaitalus įvairiuose mūsų kūno audiniuose? Greitai atnaujinant audinius, gali būti naudingi bendri žymėjimo triukai, kaip ir naudojant nukleotidų analogą BrdU. Bet ką daryti su labai lėtais audiniais, kurie trunka metus ar visą gyvenimą? Įspūdingame mokslinės sereniteto pavyzdyje šaltojo karo branduoliniai bandymai padėjo mokslininkams dėl to, kad jie pakeitė anglies-14 izotopo koncentraciją atmosferoje visame pasaulyje. Šie eksperimentai yra faktiškai impulsiniai chase eksperimentai, tačiau pasauliniu mastu. Anglies-14 pusperiodis yra 5730 metų, taigi, nors ir radioaktyvi, dalis, kuri suyra per žmogaus gyvenimą, yra nereikšminga, ir ši trukmė neturėtų mūsų jaudinti. „Pažymėta“ anglies atmosferoje paverčiama CO2 o vėliau į mūsų maistą – augalams fiksuojant anglį. Mūsų kūnuose ši anglis įtraukiama į kiekvienos besiformuojančios ląstelės DNR ir santykinė anglies-14 gausa išlieka stabili, nes DNR nepakeičiama per visą ląstelės gyvenimą. Matuojant anglies-14 izotopo frakciją audinyje, galima daryti išvadą, kuriais metais DNR buvo pakartota, kaip pavaizduota 1 paveiksle. Anglies-14 laiko eiga atmosferoje iš pradžių padidėjo dėl bombų bandymų, o vėliau sumažėjo, nes absorbavosi daug didesniuose organinių medžiagų telkiniuose žemynuose ir neorganiniame vandenyno telkiniuose. Kaip matyti 1 paveiksle, anglies-14 eksponentinio skilimo laikas atmosferoje yra apie 10 metų. Išmatuota atmosferos anglies-14 kiekio dinamika yra pagrindas daryti išvadą apie audinių atsinaujinimo greitį žmogaus kūne ir suteikė įžvalgų apie kitus neaiškius klausimus, pavyzdžiui, kiek laiko gyvena jūrų ežiai ir koralų rifų kilmė.
Naudojant šiuos datavimo metodus, buvo padaryta išvada, kad riebalų ląstelės (adipocitai) keičiasi 8 ± 6% per metus (BNID 103455). Dėl to per ~ 8 metus pusė kūno adipocitų pakeičiami. Netikėta staigmena ištyrus širdies raumens ląsteles. Ilgą laiką širdies biologijos bendruomenėje egzistavusi dogma buvo ta, kad šios ląstelės savęs nepakeičia. Ši paradigma atitiko širdies priepuolių pasekmes, kai vietoj sveikų raumenų ląstelių susidaro randinis audinys. Vis dėlto buvo nustatyta, kad pakeitimas vyksta, nors ir lėtai. Apskaičiavimai svyruoja nuo 0,5% per metus (BNID 107076) iki 30% per metus (BNID 107078), priklausomai nuo amžiaus ir lyties (BNID 107077). Šiuo metu vyksta diskusijos dėl labai skirtingų pastebėtų rodiklių, tačiau akivaizdu, kad šis ypatingas šaltojo karo įtampos mokslinis šalutinis poveikis yra patrauklus langas įdomiam daugialąsčius organizmus sudarančių ląstelių gyvenimo istorijos klausimui.
472430 Iš viso peržiūrų 396 peržiūros šiandien