6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / Геронтология_in_polemico_Мушкабаров_Н_Н_
.pdf20
в) Вместе с тем, предполагают, что повреждение мтДНК свободными радикалами и АПК с последующей гибелью нейронов – один из ведущих факторов старения.
6. “Не ошибается тот, кто не работает”.
а) Но даже само функционирование ДНК (неповреждённой!) тоже может негативно сказаться на её структуре! Так, при упомянутой репликации ДНК возможны и чисто случайные ошибки указанного типа – встраивание в формирующуюся цепь “не того” нуклеотида или вообще какой-нибудь уродливой модификации “того”, “правильного”, нуклеотида.
б) Да и в целом репликация ДНК – столь сложный процесс, что можно представить также другие обусловленные им нарушения структуры ДНК
в) Конечно, дополнительное воздействие в этот момент вышеназванных и неназванных “агентов” ещё во много раз повышает вероятность “случайной” ошибки.
7. О терминологии. Все эти повреждающие факторы внешней и внутренней среды организма, включая т.н. случайные ошибки репликации (и прочих матричных процессов), принято называть стохастическими, спонтанными, или просто случай-
ными.
Тем самым их противопоставляют запрограммированному повреждению ДНК (как у лососей во время нереста) и другим возможным механизмам запрограммированного старения.
8. «Беда одна не ходит».
До сих пор всё сказанное тоже было весьма традиционно. Но имеется некоторый спорный нюанс.
а) Так, все знают, что стохастические факторы могут вызывать повреждения и прочих (помимо ДНК) компонентов клеток.
I. В частности, свободные радикалы очень агрессивны в отношении мембранных липидов, и этому обстоятельству придают большое значение, объясняя механизм старения.
II. «Стареют» белковые молекулы – особенно с длительным сроком существова-
ния.
III. Вроде бы независимо от состояния ДНК происходит также накопление в постмитотических клетках липофусцина – своего рода «хлама» из лизосом, не сумевших «переварить» некогда «заглоченное» – старые органеллы, компоненты межклеточного вещества и т.д. И это, разумеется, тоже важный фактор – постепенно сужается жизненное пространство клетки (или мышечного волокна).
б) Встаёт вопрос: стóит ли на этом фоне фокусировать внимание на состоянии лишь ДНК – так, как это звучит во втором тезисе («центральный элемент старения – нестабильность генома»)?
Оставим данный вопрос пока без ответа и продолжим разговор о ДНК.
1.3.2.3.Тезис о тщете усилий
1.Второй патруль: репарация ДНК.
а) То обстоятельство, что, несмотря на все меры защиты от стохастических факторов, последние всё равно добираются до «святого», тоже учтёно Природой. – В «органы внутренних дел» клеток входит и несколько ферментных систем репарации ДНК.
б) Общий принцип их деятельности поражает своей, условно говоря, «осмысленностью»: специальные белки «курсируют» по каждой молекуле ДНК в одну и в другую сторону, и если они находят определённый дефект, то ферменты данной системы
- вырезают участок цепи ДНК, содержащий дефект,
21
-синтезируют этот участок заново, используя вторую цепь в качестве матрицы,
-и, наконец, сшивают репарируемую цепь в месте первоначального разреза.
2. Необязательное отступление.
в) Несколько отвлекаясь, замечу, что регуляторные молекулярные системы, открытые в последние десятилетия, поражают ещё больше своей сложностью и тщательной «продуманностью».
б) Но, используя подобные термины, я вовсе не имею в виду, что всё это КЕМТО спроектировано. Слишком много свидетельств крайне постепенного, крайне медленного совершенствования жизни на Земле – особенно в течение первых миллиардов лет её (жизни) зарождения и существования.
в) СОЗДАТЕЛИ, как известно, управляются гораздо быстрей – дней за шесть. Правда, производительность их труда теперь модно ставить под сомнение, утверждая, что свой рабочий день они растягивали чуть ли не до миллиарда лет. Но в этом случае им, в общем-то, не приходилось и напрягаться: за такой срок всё за них могла сделать эволюция.
3. Возвращение к теме: без репарации – плохо.
а) Однако мы говорили о репарации. Как уже было сказано, существует несколько систем репарации ДНК. Они отличаются по своей специализации (т.е. по тому, какие повреждения узнаются и исправляются системой) и отчасти по механизму действия.
б) И в целом деятельность этих систем имеет огромное значение. Известен ряд состояний, когда ввиду генетического дефекта та или иная система репарации функционирует слабее, чем обычно. Это вызывает быстрое накопление повреждений в ДНК клеток и, в полном соответствии с вышесказанным, ускоренное старение организма.
4. И всё-таки она ухудшается…
а) Но у нормальных особей состояние ДНК в клетках с возрастом тоже ухудшается. Вот типичные возрастные изменения структуры ДНК:11
-увеличение числа разрывов в цепях ДНК, а также прочих вышеперечисленных повреждений структуры (сшивок тимина, межцепочечных сшивок, мутаций и т.д.),
-укорочение теломерных (концевых) отделов молекул ДНК (в делящихся клетках, – правда, не во всех),
-снижение содержания 5-метилцитозина.
О смысле и значении двух последних изменений мы скажем позже. б) Из первого же пункта следует третий тезис концепции АНЕРЕМ:
III. Репарация генома в митотических и в постмитотических клетках не является полной.
5. Выход на грань.
а) В этом тезисе – та самая грань, которая разделяет взгляды последователей Вейсмана и сторонников точки зрения .Энгельса. Чуть изменишь формулировку – и сразу окажешься по другую сторону этой грани – в компании новых друзей и доброжелателей.
б) I. Действительно, если добавить слово “в любых“ (репарация в любых митотических и постмитотических клетках не является полной), это будет означать, что постепенное ухудшение генома и (как очевидное следствие) старение признаются непременными свойствами организмов всех видов. Тем самым мы встаём на позиции Эн-
11 Вопросы, связанные с поврежденями и репарацией ДНК, обсуждающиеся в пп. 1.3.2.2–1.3.2.3, более строго изложены в книге:
Н.Н.Мушкамбаров, С.Л.Кузнецов, «Молекулярная биология», 2-е издание, М. «МИА», 2007, 540 с.
22
гельса: стареет всё.
II. А если мы добавим два других слова: “репарация не является полной в митотических и в постмитотических клетках стареющих организмов”,– то тем самым допустим (согласно Вейсману), что существуют и нестареющие организмы, у которых эффективность репарации генома – стопроцентная.
в) Возможно ли последнее? Не знаю. Дать определённый ответ – это склониться на ту или иную сторону, для чего пока нет исчерпывающих оснований.
6. Фехтование на грани.
а) Однако примечательно, что в нестареющие чаще всего заносят достаточно примитивные организмы – типа гидр и медуз (п.1.2.2.1). Конечно, можно допустить, что у них всегда соблюдается паритет между повреждением и репарацией генома. Вроде бы, ничто этому явно не препятствует.
б) I. Но сторонник Энгельса тут же выразит сомнение: а не слишком ли просты все эти гидры-медузы, чтобы иметь столь эффективную систему репарации ДНК?
II. “Вейсманист” же выскажет свою догадку: это эволюция сделала несовершенной репарацию генома у высших организмов – для того, чтобы наградить их биологически столь полезным старением. И, может быть, для надёжности запрограммировала к тому же постепенное снижение эффективности репарации с возрастом особи.
в) Такую возможность мы уже предполагали в п. 1.2.2.1 и сочли её маловероятной. Хотя чего только не бывает!
7. Твёрдое слово концепции «АНЕРЕМ».
а) Отмечая нерешённость излагаемого вопроса и невозможность дать на него безапелляционный ответ, я тем не менее в качестве гипотезы продолжу изложение концепции «АНЕРЕМ». А эта концепция постулирует, что в митотических и постмитоти-
ческих клетках репарация генома в принципе не может быть стопроцентной.
б) Если это действительно так, то не исключено, что дело – в каком-то принципиальном несовершенстве используемого способа репарации.
8. Уже известное несовершенство репликации и репарации ДНК.
а) I. Упрощённым аналогом может служить ситуация с репликацией, точнее с концевой недорепликацией ДНК в делящихся соматических клетках. Проблема, поднятая ещё в 1971 г. А.М. Оловниковым, наделала много шума на стыке веков и, кстати, напрямую связывалась с механизмом старения. Но поскольку связь оказалась не очень прямой (см. ссылку 11), мы оставим более подробный рассказ о данной проблеме на потом, а сейчас скажем лишь следующее.
II. Обычная система репликации ДНК не обеспечивает полной репликации концевых (теломерных) отделов ДНК, отчего с каждым делением, как уже упоминалось, длина данных отделов сокращается. При укорочении их до определённого уровня клетка теряет способность к делениям, что рассматривается как одно из проявлений старения.
III. Чтобы избежать этой участи, клетка должна иметь специальную ферментную систему – т.н. теломеразу, – которая восстанавливает длину теломер. Однако она присутствует в достаточном количестве далеко не во всех клетках.
б) Позже А.М. Оловников выдвинул аналогичное представление о концевой недорепарации ДНК как причине старения постмитотических клеток, объясняя её опять-таки отсутствием теломеразы.
в) Правда, если дело лишь в этом, то старение вновь полностью отдаётся на милость эволюции: это она могла оставить многие клетки сложных организмов без уже изобретённой теломеразы и тем способствовать их старению.
23
9. Необходимость мейоза говорит о недорепарации ДНК в клетках организ-
ма.
а) Однако при старении недорепарируются не только теломеры, но и прочие участки молекул ДНК! Так что теломеразная теория мало что здесь объясняет.
б) Мы не будем гадать, в чём глубинная причина недорепарации ДНК. Достаточно того, что, согласно концепции «АНЕРЕМ», она (недорепарация ДНК) рано или поздно может проявиться в каждой клетке.
в) А основывается это утверждение на том, что при анализе жизненных циклов почти всех организмов в поле зрения обязательно обнаруживается мейоз (или его вариант – эндомиксис). Впрочем, и последнее достаточно спорно, о чём ещё будет сказано позже.
г) Как бы то ни было, мейоз выполняет несколько функций. Но главная из них долго оставалась в тени. Это приведение генома в полностью рабочее состояние. И
раз уж возникает такая необходимость, значит, предыдущих усилий систем репарации ДНК даже в стволовых клетках, развивающихся в гаметы, было недостаточно. Что уж тогда говорить о прочих клетках?!
Таким образом, здесь мы обращаемся к четвёртому тезису нашей концепции.
1.3.3. ТЕЗИС О ВОЛШЕБСТВЕ МЕЙОЗА
Тезис IV. Эффективная репарация может быть достигнута только в мейозе (или его упрощённом варианте – эндомиксисе) – при конъюгации хромосом.
а) И вот мы подошли к, возможно, главному процессу, который обеспечивает преемственность жизни на Земле.
б) Но вначале – несколько «школьных» сведений. Мейоз – уникальный способ клеточного деления, который используется только при созревании половых клеток, а при этом созревании лишь один раз – после всех митотических делений.
в) Чтобы лучше представить ситуацию, напомним этапы гаметогенеза.12
1.3.3.1.Мужской гаметогенез (сперматогенез)
1.Сперматогонии (стволовые и созревающие) – митотически делящиеся
клетки.
а) При образовании сперматозоидов стволовыми клетками являются т.н. изолированные сперматогонии (изол. Сг). У человека они формируются к 7-8 годам (из пресперматогоний, а те ещё в первой половине внутриутробного развития – из гоноцитов,
или первичных половых клеток).
б) В 10-15 лет количество изол. Сг возрастает, и после этого какая-то их часть постоянно вступает в созревание, начиная интенсивно делиться, а прочие клетки поддерживают численность своей популяции за счёт более редких делений.
в) И те, и другие деления – обычные митотические циклы; но особенность митоза созревающих Сг – в том, что после каждого деления между дочерними клетками со-
храняются цитоплазматические мостики.
(Кстати, это опровергает расхожее и довольно плоское представление, что любая дифференцировка начинается с асимметричного митоза – такого деления стволовой клетки, которое даёт одну дифференцирующуюся и одну стволовую клетку. В случае же изол. Сг речь, как мы видели, идёт о двух типах вполне симметричного митоза.)
г) У человека созревающие Сг делятся 9-10 раз в течение двух недель. Клетки, образующиеся в результате последнего деления, содержат, как обычно, двойной (диплоидный) набор ДНК и хромосом – у человека 46 молекул ДНК в 46 однохроматид-
12 С.Л.Кузнецов, Н.Н.Мушкамбаров, «Гистология, цитология и эмбриология». М.:«МИА», 2007, 600 с.
24
ных хромосомах (по одной ДНК на хромосому).
2. Сперматоциты – клетки, проходящие мейоз.
а) После этого и начинается мейоз. На данном этапе клетки называются сперматоцитами (Сц). Фактически здесь – не одно, а два деления; причём
-первое деление включает удвоение ДНК (в самом начале профазы) и продолжается долго (у мужчин – месяц),
-а второе деление совершается быстро вслед за первым (менее, чем за сутки) и не предваряется удвоением ДНК (хромосом).
б) Поэтому из одной вступающей в мейоз клетки образуются в итоге 4 клетки с половинным (гаплоидным) количеством ДНК и хромосом – у человека 23 молекулы ДНК в 23 хромосомах.
в) Вот в этой редукции диплоидного генома до гаплоидного порой видят основной смысл мейоза. Но ведь то же самое можно было бы получить и за одно короткое второе деление – без столь продолжительного первого деления!
(И у некоторых низших растений так и происходит, а прочие события “классического” мейоза совершаются уже на уровне зиготы. См. ссылку 5, сс.216-220.)
Значит, первое деление мейоза нужно для чего-то иного – гораздо более сложного и кропотливого?! Чуть позже мы к этому вернёмся, а пока очень коротко скажем о завершении сперматогенеза.
3. Сперматиды и сперматозоиды – неделящиеся клетки.
а) Гаплоидные сперматогенные клетки называются сперматидами. Вначале круглые и совершенно обычные по структуре, они созревают целый месяц и за это время совершенно преображаются, превращаясь в знакомые всем сперматозоиды.
б) Последние – воплощение аскетизма: ничего лишнего – маленькая головка с плотным ядром под “шапочкой”-акросомой и жгутик с осевой нитью – аксонемой. Но и сперматозоидам ещё приходится 1-3 недели дозревать, прежде чем они достигают готовности исполнить свой долг.
4. Продолжительность сперматогенеза.
а) Из предыдущего, между прочим, следует, что, без учёта времени дозревания сперматозоидов, общая продолжительность сперматогенеза складывается из трёх слагаемых:
0,5 месяца (митотические деления сперматогоний)
+1 месяц (мейоз сперматоцитов)
+1 месяц (созревание сперматид, до высвобождения сперматозоидов в просвет семенных канальцев)
и составляет 2,5 месяца, или 72-75 суток.
б) Причём, никакие стимуляторы или ингибиторы не могут повлиять на эту величину: каждая стадия процесса продолжается всегда одно и то же время, и альтернативой может быть только полная остановка процесса с гибелью развивающихся клеток.
1.3.3.2.Профаза первого деления мейоза
1.Конъюгация хромосом. Что же происходит в первом делении мейоза? Прежде всего следует сказать, что львиная доля месяца, отпущенного на это деление, приходится на профазу. Здесь наблюдаются удивительные события.
а) Этого не бывает в митозе. После удвоения ДНК (данная стадия профазы называется прелептотеной) хромосомы, ставшие двухроматидными, слегка спирализуются (лептотена), но далеко не так сильно, как в профазе митоза. Дело в том, что тем самым совершается подготовка
- не к расхождению хроматид каждой хромосомы по полюсам клетки (что име-
25
ет место в митозе и что позже будет происходить во втором делении мейоза), - а к конъюгации (попарному прилеганию) гомологичных двухроматидных хро-
мосом.
Это, по-видимому, и есть то ключевое событие, которое обуславливает истинную роль мейоза. При его осуществлении (на стадии зиготены) очень важны два обстоятельства.
б) Строгая гомология. Во-первых, конъюгирующие хромосомы должны не только быть гомологичными друг другу, но и прилегать друг к другу строго гомоло-
гичными участками.
Это достигается благодаря тому, что оба конца таких хромосом крепятся к ядерной оболочке в близлежащих местах, и, видимо, отсюда начинается «сшивание» хромосом формирующимся между ними т.н. синаптонемальным комплексом (СК).
в) Открытость к контактам. Во-вторых, в конъюгированном состоянии хромосомы сохраняют весьма низкую степень конденсации. Фактически в составе СК фиксированы лишь очень небольшие участки ДНК (в целом – 0,3 % всей ДНК), а расположенные между ними гораздо более обширные отделы ДНК отходят от СК в виде петель.
Вот такие низкоконденсированные гомологичные петли хромосом (ДНК) и
находятся длительное время (на стадии пахитены) друг возле друга. А поскольку хромосомы – двухроматидные, то в каждой паре конъюгированных хромосом – четыре хроматиды (т.н. тетрада), и, соответственно, любой их отдел представлен четырьмя петлями.
2. Функциональная активность генома. Кроссинговер.
а) Низкая степень конденсированности хромосом в петлях обеспечивает высокую активность генома. Поэтому на стадии пахитены размеры сперматоцита значительно увеличиваются.
б) Конъюгация же хромосом, вкупе с их малой конденсированностью, предназначена, как считают, исключительно для кроссинговера, а кроссинговер (опять-таки с традиционной точки зрения) нужен исключительно для перетасовки генетического материала между гомологичными хромосомами. Суть кроссинговера –
-одновременный двуцепочечный разрыв ДНК в одном и том же месте двух хроматид тетрады
-и перекрёстное сшивание образовавшихся концов ДНК.
в) I. Видимо, положение петель таково, что кроссинговер не может происходить между хроматидами одной и той же хромосомы; по крайней мере, такой процесс не приводил бы к регистрируемой рекомбинации генов.
II. Кроссинговер же между хроматидами разных хромосом тетрады (да ещё многократный - происшедший в разных местах хроматид) превращает эти хроматиды во всевозможные гибридные варианты, содержащие новые комбинации аллелей генов.
г) Комплекс ферментов, осуществляющих кроссинговер, нередко называют про-
сто рекомбиназой.
д) Происходит кроссинговер в течение длительной стадии пахитены, а выявляется лишь на следующей стадии профазы – в диплотене – после того, как хромосомы конденсируются и начинают расходиться.
Тут-то и обнаруживаются тетрады – пары двухроматидных хромосом, а в тетрадах – хиазмы, т.е. перекрёсты хромосом в местах кроссинговера.
е) Последняя стадия профазы – диакинез: завершается расхождение гомологичных хромосом, так что хиазмы исчезают. И происходят обычные события, предваряющие метафазу, - разрушение ядерной оболочки, формирование веретена деления и т.д.
26
1.3.3.3.Прикосновение к волшебству
1.Суперрепарация генома – главная функция мейоза?
И вот после изложения «школьных истин» мы вновь ступаем на зыбкую (или скользкую) почву концепции «АНЕРЕМ». Как уже говорилось, IV-й тезис концепции утверждает, что основной функцией мейоза является
-вовсе не редукция числа хромосом и даже не рекомбинация генов,
-а возвращение генома половых клеток в бездефектное состояние.
Причём, такой способностью обладает только мейоз – благодаря конъюгации хромосом.
2. Как хорошо быть «вейсманистом»!
а) Заметим, для сторонников Вейсмана подобной проблемы просто нет. Помимо прочего, в учение Вейсмана входит постулат, что “зародышевая плазма (в нынешнем понимании – вся линия предшественников половых клеток вместе с ними самими – Н.М.) не стареет”. Действительно, если старение – лишь мудрое изобретение эволюции, то ей незачем было распространять своё “ноу хау” на линии половых клеток – и они, эти линии, остались нестареющими.
б) Теперь в компанию нестареющих клеток стареющих организмов зачислили также стволовые клетки иной (помимо гонад) локализации.
в) Правда, стало выясняться, что некоторые стволовые клетки (например, ГСК – гемопоэтические стволовые клетки) всё же стареют.
Не ждёт ли аналогичный финал остальные виды стволовых клеток?
3. Аргументы. Концепция «АНЕРЕМ» тоже могла бы рассматривать свои тезисы как постулаты, которые выше доказательств. Но что-то мешает, и вот она (концепция) подбирает аргументы.
а) Сходство механизмов репарации и рекомбинации. Во-первых, ферменты комплекса “рекомбиназа” по своему действию (разрывы и сшивки цепей ДНК) напоминают ферменты систем репарации. Так что репарирующая функция мейоза, по крайней мере, вполне вероятна.
б) Мейоз без рекомбинации. Во-вторых, у ряда простых организмов встречается не мейоз, а его более простой вариант – эндомиксис. Последний включает конъюгацию хромосом и кроссинговер, но собственно полового процесса (объединения генетического материала особей разного пола) не происходит.
В этом случае почти теряет смысл такая функция кроссинговера, как рекомбинация генов: при любом перераспределении аллелей генов между гомологичными хромосомами их общая совокупность в геноме не меняется.
Но если не редукция числа хромосом и не рекомбинация генов – тогда зачем нужна вся эта длительная процедура конъюгации хромосом?!
в) Омоложение культур после мейоза. Ответ подсказывают одноклеточные:
для многих из них обнаружено, что без мейоза (или эндомиксиса) культура митотически делящихся клеток со временем стареет и погибает. Положение спасает половой процесс между парой таких одноклеточных организмов, в которых всё-таки прошли мейозоподобные события. После этого культура приобретает как бы новую жизнь.
г) Особое положение мейоза. О том же косвенно свидетельствует положение мейоза (или эндомиксиса) в онтогенезе многоклеточных. Линия половых клеток, действительно, выполняет уникальную функцию: именно она обеспечивает относительное бессмертие вида, перенося огонёк жизни от поколения к поколению.
И более чем естественно считать, что с этой уникальной функцией связан и уникальный процесс конъюгации хромосом, что именно он, воздействуя на угасающий
27
было огонёк, раздувает его (перед передачей по эстафете поколений или, в редких случаях, сразу после передачи) до должных размеров.
4. Цитата.
Конечно, никакая цитата не может служить аргументом в споре. Подлинный смысл цитирования – показать, что ты в своём возможном заблуждении не одинок. Именно с этой целью я привожу следующие слова известного автора:
«Задолго до того, как половое размножение возникло у эукариот, прокариоты приобрели способность к генетической рекомбинации, т.е. гомологичные цепи ДНК могли ассоциировать, рваться и снова воссоединяться. Представляется очевидным,
что исходной функцией такого процесса было не создание эволюционно новых структур и функций, а репарация повреждений.»13
Как видно, всё сказано очень определённо.
5. Итог гаметогенеза: старение – мейоз – омоложение.
Итак, согласно концепции «АНЕРЕМ» и цитированному автору,
-в домейотических предшественниках половых клеток (как и в соматических клетках) репарация генома не является полной, отчего в нём накапливаются различные повреждения, и это расценивается как старение;
-в ходе же мейоза длительное пребывание хромосом в состоянии конъюгации со своими гомологами приводит (не вполне ещё ясным способом) к устранению дефектов генома.
6. Другие варианты.
а) Ни старения, ни омоложения. Но далеко не все авторы разделяют подобные взгляды. Мощный корпус «вейсманистов» исходит, как уже отмечалось, из того, что «половые клетки не стареют». Это значит, что
-в линии половых клеток «огонёк» горит равномерно, не затухая и не разгораясь,
-никакой суперрепарации не требуется,
-и функция мейоза – в чём-то ином.
б) Старение без омоложения в мейозе. Можно представить ещё и третий, про-
межуточный, вариант:
-в линии половых клеток старение есть, но оно (что вполне естественно) имеет статистический характер,
-и проблема решается независимо от мейоза – путём целенаправленного отбора или просто случайного использования в оплодотворении клеток с ещё неизменённым геномом,
-функция же мейоза – опять какая-то иная.
7. Мне кажется...
а) Оба последних варианта мне кажутся маловероятными. Например, что касается отбора, трудно представить, как таковой мог бы эффективно осуществляться на уровне сформированных сперматозоидов, где геном неактивен и упакован плотнейшим образом, а фенотипически проявляется (на уровне структуры и функциональной активности Сз) лишь малая часть генов.
б) Тем не менее, я снова ухожу от дальнейшей дискуссии и допускаю возможность каждого варианта – так, как это было с альтернативами предыдущих тезисов концепции «АНЕРЕМ». Как не допустить, когда столь часто оказывается вполне реальным то, что только что полагалось маловероятным и даже вовсе невероятным?!
в) Вместе с тем, считая себя ответственным за представление миру излагаемой здесь концепции, продолжаю разъяснять и интерпретировать заявленные выше тезисы.
13 Дж. Мэйнард Смит, «Эволюция полового размножения». М.: Мир, 1981, с. 19.
28
1.3.3.3-I. А что о старении сперматогенных клеток говорит мировая наука?
1. Наука молчала и лишь недавно заговорила.
а) I. Мировая наука до последнего времени старением сперматогенных (и вообще половых) клеток не интересовалась. Всё ограничивалось лишь констатацией влияния возраста родителей на частоту хромосомных нарушений у детей.
II. С одной стороны, возможно, не было подходящих методических возможностей для работы со всем множеством сперматогенных клеток.
III. С другой стороны, не было и мотивации: зачем изучать старение того, что, по определению (А.Вейсмана), не стареет?!
б) Поразительно: советская наука не признавала Вейсмана; но, по какой-то страной солидарности с ним, в фундаментальном руководстве по геронтологии (ссылка 1) не нашлось места для главы по старению половой системы! Яички и яичники заняли скромное место лишь как «железы внутренней секреции» (среди прочих) в одноимённой главе.
в) Теперь положение изменилось: появились исследовательские группы, специально занимающиеся старением сперматогенного «эпителия».
2. Ликбез в отношении сперматогенного «эпителия».
а) I. Сперматогенные клетки развиваются не сами по себе, а с помощью и под контролем соматических клеток. Развитие происходит в стенке извитых семенных канальцев яичек.
II. Сперматогонии, сперматоциты, сперматиды расположены в несколько слоёв, постепенно по мере созревания перемещаясь из глубоких слоёв в более поверхностные (обращённые к просвету канальцев). Теряя связь со стенкой, поздние сперматиды превращаются в сперматозоиды, которые находятся уже в просвете канальцев.
III. Всё это очень похоже на многослойный эпителий – например, кожи.
б) I. Но в составе сперматогенного «эпителия» – только один вид подлинно эпителиальных клеток – т.н. клетки Сертоли. Они лежат на базальной мембране (ограничивающей «эпителий» снаружи) и простираются телом и отростками на всю толщину «эпителия».
II. Развитие сперматогенных клеток происходит на поверхности клеток Сертоли. Как в колыбели, расположены сперматогенные клетки в углублениях (нишах) клеток Сертоли (перемещаясь, как я уже сказал, к просвету канальца).
III. Надо ли говорить, сколь велика и многообразна роль клеток Сертоли в обеспечении сперматогенеза!
в) Между канальцами, в т.н. интерстиции, находится ещё один очень важный вид соматических клеток яичка – клетки Лейдига. Они вырабатывают гормон тестостерон, оказывающий массу эффектов – и в том числе необходимый для нормального завершения сперматогенеза.
3. Ну так что же?
а) Всё это важно иметь в виду, интерпретируя результаты работ по старению сперматогенных клеток.13,а
I. Так, число стволовых сперматогенных клеток (изолированных сперматогоний, изол-Сг; п. 1.3.3.1) с возрастом уменьшается – и даже есть сообщение, что это происходит по экспоненциальному закону.
II. Возникает дилемма: чтó является причиной исчезновения изол-Сг – их пер-
13,а С.Т.Захидов, А.Ю.Кулибин, Т.Л.Маршак. «Биология стволовых клеток зародышевого пути», 141 с., www.spkurdyumov.narod.ru/zahidov12.pdf.
29
вичное старение или ухудшение состояния соматического окружения – клеток Сертоли, базальной мембраны, оболочки канальца, близлежащих сосудов?
б) Вопрос пытаются решать путём реципрокных трансплантаций изол-Сг между старыми и молодыми животными. Результаты противоречивы.
I. По одним данным, изол-Сг начинают стареть (снижают пролиферативную активность) даже раньше клеток Сертоли.
II. По другим же сведениям, всё наоборот:
-у старых и потому стерильных мышей изол-Сг сохраняют весь свой потенциал, и стерильность есть следствие старения сомы (нарушающего сперматогенез);
-при пересадке молодым самцам эти изол-Сг демонстрируют такую же пролиферативную активность, что и аналогичные клетки молодых.
в) Авторы второй группы работ (которые «наоборот»), как правило, абсолютно убеждены в постулате о том, что стволовые сперматогенные клетки не стареют, и не склонны обращать какое-либо внимание (в этом смысле) на мейоз.
1.3.3.4. Женский гаметогенез (оогенез): «женские штучки»
Однако мы ещё практически ничего не говорили о развитии женских половых клеток. А в оогенезе есть целый ряд существенных отличий от сперматогенеза. И, что важно, большинство их касается мейоза.
1. Профаза длительностью десятки лет.
а) Самая же важная особенность состоит в потрясающей продолжительности того времени, в течение которого клетка (ооцит I порядка) может находиться в состоянии профазы первого деления мейоза. Это время у женщин измеряется несколькими десят-
ками лет.
б) Дело в том, что митотическое размножение оогоний (аналогов сперматогоний) происходит и завершается ещё в первую половину внутриутробной жизни женского плода, и в результате формируется пул ооцитов I (аналогов сперматоцитов I), который затем может только расходоваться, но не пополняться.
в) Следовательно, тогда же – до рождения девочки – в ооцитах начинается мейоз, а именно профаза его первого деления. Происходят те же события, что и в сперматоцитах:
-удвоение ДНК (хромосомы становятся двухроматидными; прелептотена),
-умеренная спирализация хромосом (лептотена),
-конъюгация гомологичных хромосом (зиготена),
-функционирование генома и кроссинговер (пахитена).
г) Но вскоре почти всё останавливается, и каждый ооцит I, окружённый слоем вспомогательных клеток, погружается в длительный период покоя. Соответствующую ему стадию профазы мейоза называют диктиотеной.
д) После достижения девочкой половой зрелости, примерно с месячной периодичностью «пробуждается» по 10-30 спящих ооцитов, которые продолжают созревать, в основном, оставаясь в профазе мейоза, в течение последующих 0,5 – 5 месяцев (по разным представлениям). До конца созревания из всей группы доходит, как правило, лишь один ооцит; он-то и может подвергаться оплодотворению.
е) Так и получается, что ооцит I способен покоиться в «спящем» состоянии от нескольких месяцев до 40-50 лет, т.е. до конца репродуктивного периода женщины, и сохранять при этом способность к созреванию, оплодотворению и последующему нормальному развитию.
2. Асимметричность мейоза ооцитов.
а) Выше мы подчёркивали симметричность митотического деления стволовых