Клетки: ключ к старению и канцерогенезу

Известно, что у каждого вида животных своя продолжительность жизни; у млекопитающих она колеблется примерно от 2 (мелкие грызуны) до 100-110 лет (предположительная максимальная продолжительность жизни человека). У других организмов этот диапазон значительно больше (например, у насекомых – дни и недели, у черепахи – 150-170 лет, у некоторых деревьев – сотни и тысячи лет). Далее, вполне обоснованно предполагается (теория Хейфлика), что клетки соответствующего органа живут в культурах столько же, сколько составляет средняя продолжительность жизни всего организма (например, клетки мыши живут меньше, чем клетки человека, а те, в свою очередь, меньше, чем клетки черепахи). Продолжительность жизни клеток в культурах часто измеряется числом делений, удвоения своей популяции, которое клетки совершают от момента внесения в культуру до вырождения и гибели всей культуры. Известны ли другие биохимические показатели, которые можно связать с максимальной продолжительностью организма, от которого получены клетки?

Здесь мы подходим к еще одной связи между возрастом клеток, их старением и канцерогенезом. Исследователи установили, что между максимальной продолжительностью жизни определенного вида животных и способностью клеток его организма метаболизировать канцерогены существует отношение косвенной пропорциональности. Вспомним, что многие химические канцерогены (среди них и ПАУ), проникнув в организм, должны измениться, метаболизироваться, прежде чем присоединиться к ДНК клетки и превратить ее в раковую. Исследователи выращивали в культуре фибропласты различных млекопитающих и воздействовали на них канцерогенным веществом (ДМБА). Клетки различных видов метаболизировали ДМБА в его ультимативные канцерогенные производные в большей или меньшей степени. Затем эти ультимативные канцерогены превращали сами клетки в культуре. Ученые подсчитали число трансформированных таким способом клеток. Полученные результаты позволяют заключить, что чем интенсивнее фибропласты метаболизировали ДМБА, тем большее число ультимативных канцерогенов образовалось из этого вещества и тем большим было число трансформированных клеток в культуре. Максимальное количество превращенных клеток они обнаружили в культурах с клетками крысы, минимальное – в культурах с клетками человека. Когда виды животных расположили в соответствии с уменьшающейся способностью их клеток превращать химические канцерогены в их ультимативные производные, то получили следующую последовательность: крыса, хомяк, заяц, лошадь, слон, человек.

Но поскольку ультимативные канцерогены инициируют процесс канцерогенеза тем, что присоединяются к ДНК клетки, то ученые изучали также связь производных ДМБА, меченных радиоактивным трехвалентным водородом, с ДНК ядер клеток отдельных видов животных. Больше всего радиоактивных производных присоединилось к ДНК фибропластов крысы, меньше всего – к ДНК аналогичных клеток слона. Когда отдельные виды животных вновь расположили в зависимости от снижающейся способности ядра клетки присоединять ультимативные канцерогены, то получили последовательность, похожую на предшествующую: крыса, хомяк, заяц, корова, человек, слон.

С точки зрения химической канцерогенности приведенные последовательности означают собственно расположение в соответствии со снижающейся «готовностью» клеток превращаться в раковые. Из этого следует, что крыса наиболее восприимчива к раку, потому что ее организм наиболее интенсивно метаболизирует присутствующие канцерогены в ультимативные, которые в большем количестве присоединяются к ДНК ядер клеток, чем у человека или слона.

Все эти результаты, бесспорно, существенный вклад в познание механизмов химического канцерогенеза. Однако может возникнуть вопрос, что общего они имеют с возрастными изменениями организма? Из приведенных последовательностей можно увидеть, что животные располагаются в них в соответствии с максимальной продолжительностью жизни. Таким образом, создается впечатление, что чем интенсивнее клетки какого-либо организма превращают канцерогенные вещества, тем короче продолжительность жизни данного вида.

Эту новую, неожиданную связь между старением организма и химическим канцерогенезом можно, однако, истолковать и по-другому. Процесс старения основан на постепенном накапливании повреждений ДНК в клетке. Чем их больше, тем быстрее стареет клетка и тем скорее умирает весь организм. Химические канцерогены вызывают такие повреждения ДНК и тем самым могут способствовать ускорению износа и старения организма. В таком случае организм с меньшей продолжительностью жизни, по-видимому, быстрее метаболизирует канцерогены. Эти вещества вызывают в ядрах клеток большее число повреждений ДНК, поэтому такой организм быстрее стареет и погибает раньше, чем долгоживущие виды. Следовательно, способность фибропластов метаболизировать канцерогенные ПАУ находится в причинно-следственной связи со скоростью процесса старения.