И.С. Мажейка Кафедра микологии и альгологии МГУ

Общие характеристики механизмов старения и антистарения Механизмы, связанные со старением, действующие на клеточно- колониальном (тканевом) уровне организации, обладают следующими свойствами: 1. Такие механизмы консервативны и в основе своей являются общими для большинства живых организмов 2. Старение обусловлено механизмами в разной степени генетически запрограммированными 3. Представленная далее в докладе система механизмов старения и антистарения – система открытая. В ней всегда есть место для включения новых механизмов и факторов Продолжительность жизни легко регулируется как на организменном уровне, так и на уровнях популяций и видов. Виды и популяции, в зависимости от своей стратегии развития, «выбирают» среднюю максимальную продолжительность жизни, свойственную виду/популяции. Поскольку «машина» регулирования продолжительности жизни не имеет принципиальных различий у разных организмов, нет необходимости и в значительных эволюционных преобразованиях для достижения, например, различных показателей продолжительности жизни у близких видов

Классификация механизмов старения/антистарения у грибов Механизмы старения и антистарения (базисные – работающие на клеточно-тканевом уровне) Основные Дополнительные (производящие «контрольный выстрел») 1. Механизмы хронологического старения и противодействую щая ему защитная клеточная система 2. Механизмы репликативного старения/антистарения 3. Жестко запрограммированные клеточные суициды Замыкающий апоптоз Дополнительные механизмы репликативного старения Et cetera

Классификация механизмов старения/антистарения у грибов Жестко запрограммированные клеточные суициды Апоптозоподобные процессы Автофагия Система контроля качественного состава митохондриома МакроавтофагияМикроавтофагия Scheckhuber et al., 2012

Классификация механизмов старения/антистарения у грибов Механизмы старения и антистарения (базисные – работающие на клеточно-тканевом уровне) Основные Дополнительные (производящие «контрольный выстрел») 1. Механизмы хронологического старения и противодействующ ие им защитные клеточные системы 2. Механизмы репликативного старения/антистарения 3. Жестко запрограммированные клеточные суициды Замыкающий апоптоз Дополнительные механизмы репликативного старения Et cetera

Механизмы старения у грибов. Факторы старения Факторы старения Профакторы старения Собственно факторы старения Нарушенные митохондрии Модифицирован ные белки (в т.ч. амилоиды) и липиды Мобильные или бывшие таковыми нуклеотидные последовательности Дефицит макроэргов и других биомолекул Активные формы кислорода (АФК) Природная неточность ферментов синтеза Токсичные внешние клеточные секреты и вторичные метаболиты Et cetera

Механизмы старения у грибов. Системы клеточной защиты Системы клеточной защиты Превентивная стратегия Компенсаторная стратегия Подмена поврежденных метаболических путей альтернативными. Пример – элементы ретроградного ответа и альтернативного дыхания Механизмы, предотвращающие накопление факторов старения Механизмы, элиминирующие факторы старения, защищающие от их вредного воздействия и репаративные механизмы Уменьшение скорости генерации АФК Нейтрализация АФК Редуктивный подход Сокращение длины дыхательной цепи Регулирование синтеза АФК на мт- ферментах

Классификация механизмов старения/антистарения у грибов Механизмы старения и антистарения (базисные – работающие на клеточно-тканевом уровне) Основные Дополнительные (производящие «контрольный выстрел») 1. Механизмы хронологического старения и противодействующ ие им защитные клеточные системы 2. Механизмы репликативного старения/антистарения 3. Жестко запрограммированные клеточные суициды Замыкающий апоптоз Дополнительные механизмы репликативного старения Et cetera

Механизмы старения у грибов. Механизмы репликативного старения Выраженное репликативное старение у почкующихся дрожжей Выраженное репликативное старение у Podospora anserina

Механизмы старения у грибов. Механизмы репликативного старения Механизм фильтрации Упрощенная модель фильтрации поврежденных белков. Условные обозначения: красный цвет – нарушенные белки; зеленый – шапероны, участвующие в агрегации белков; черное и синее «тельца» - старый и вновь образованный центры формирования веретена (центриоли, полярные тельца и т.д.); черные тонкие линии - микротрубочки Направление фильтрации Дочерняя клетка Материнская клетка

Механизмы старения у грибов. Механизмы репликативного старения Механизм амплификации Иммунофлюоресцен тное мечение карбонилированных белков в апикальной гифе старого мицелия P. anserina В случае апикального роста возможно экспоненциальное накопление факторов старения от центра к краю колонии, приводящее к псевдосопряженному старению без значительного участия фильтрации

Механизмы старения у грибов. Механизмы репликативного старения Механизм «резкой очистки» Различные способы поддержания или израсходования стволовых клеток (на примере мышечных мультипотентных клеток). В некоторых случаях возможен значительный вклад фильтрации в «очистку» клеток. Но возможно и комбинирование фильтрации с другими защитными клеточными механизмами или даже доминирование последних Gilbert et al., 2012

Механизмы старения у грибов. Механизмы «очистки» полового потомства Некоторые общие приемы, используемые для «очистки» полового потомства: Обособление специфических половых структур или даже отдельной зародышевой линии Проведение полового процесса через одиночные клетки (мейоспорангии, мейоспоры, гаметы). Малый размер гамет и мейоспор Мощные рекомбинационно-репаративные, сайленсинговые и хромосомо-селективные механизмы в мейозе, плюс высокочувствительные чекпоинтные системы мейоза Эффективные механизмы, обеспечивающие передачу потомству здоровых митохондрий дикого типа Et cetera

Механизмы старения у грибов. Механизмы «очистки» полового потомства Обнуление биологических часов на ранних стадиях эмбриогенеза у мышей (Hernebring et al., 2006) Иммунофлюоресцентное мечение клеток бластоциста мыши. Верхний ряд – голубой цвет – DAPI, зеленый – маркер ранних тотипотентных клеток, красный – фокус карбонилированных белков. Нижний ряд – зеленым флюоресцентом мечены гликолизированные белки Мажорный вклад в «очистку»: 20S протеасомы

Механизмы старения у грибов. Механизмы «очистки» полового потомства Обнуление биологических часов в половой системе Caenorhabditis elegans (Goudeau, Aguilaniu, 2010) Иммунофлюоресцентное мечение карбонилированных белков в давленном препарате нематоды. Верхний рисунок – половая система червя с наложенным контуром, s – сперматотека (здесь происходит оплодотворение ооцитов), цифрами обозначены созревающие ооциты. Нижний рисунок – схема половой системы червя Мажорный вклад в «очистку»: 20S и 26S протеасомы Но, если эмбрион с ингибированными на ранних стадиях протеосомами выживает (что случается редко) – он не отличается от нормального потомства

Механизмы старения у грибов. Механизмы «очистки» полового потомства Обнуление биологических часов в половом потомстве почкующихся дрожжей (Unal et al., 2011) Верхний ряд – сумка, образованная старой дрожжевой клеткой. Световая микроскопия. Разные стадии спорообразования от профазы мейоза до стадии формирования аскоспор. Средний ряд – то же, DAPI. Нижний ряд – то же, зеленый цвет – флюоресцентный фокус шаперона Hsp104-GFP, участвующего в агрегации нарушенных белков. Мажорный вклад в «очистку»:фильтрацияпротеасомыавтофагия