Mechanisms Of Cell Aging in Cell Culture

Abstract

A key element in the life of cells in culture is the number of cell divisions, not their life time in culture. Serially in vivo transplanted cells also exhibit a finite lifetime, which means that the cell aging is not unique only to a cell culture. There are theories suggesting that the aging of cells in culture may be associated with the aging of the organism from which they were obtained. Cells may stop dividing because of replicative aging, which is the result of telomere shortening. The aging process in cells may be induced by an intracellular process associated with shortening and uncapping of telomeres and environmental factors of a stochastic nature, among the most important of which is oxidative stress. The loss of telomeres beyond a critical value eventually induces antiproliferative signals that result in an aging. Telomeres give information about the end of replication; their function can be however recreated. Insertion of protein genes, comprised in telomerase, to aging human cells increases the length of their telomeres to lengths typical of young cells. The cells then exhibit all the characteristics of young nucleated cells. Telomerase is not only the central mechanism for regulating cells life, but it is also a mechanism that can be resumed, extending the replicative period of cells, comprising markers of gene expression characteristic of young cells, life. It is not known in what way replicative aging of cells is played by oxidative DNA damage, exposure to UV, oncogenes, which are independent of telomere shortening.

Kluczowym elementem w długości życia komórek w hodowli jest liczba podziałów komórkowych, a nie czas życia w kulturze. Komórki przeszczepiane seryjnie in vivo wykazują także skończoną żywotność, co oznacza, że starzenie komórek nie jest charakterystyczne tylko dla hodowli komórkowych. Istnieją teorie, które sugerują, że starzenie się komórek w hodowli może być związane ze starzeniem się organizmu, z którego zostały one otrzymane. Komórki mogą przestać się dzielić z powodu starzenia replikacyjnego, które jest wynikiem skracania telomerów. Starzenie się w tym procesie komórek może być indukowane przez wewnątrzkomórkowy program związany ze skracaniem się i zmianami budowy telomerów (tzw. uncapping) oraz czynniki środowiskowe o charakterze stochastycznym, spośród których najważniejszym jest stres oksydacyjny. Utrata telomerów, po przekroczeniu wartości krytycznej, indukuje ostatecznie sygnały antyproliferacyjne, których skutkiem jest starzenie się. Telomery są więc zegarem replikacyjnego wyczerpania się, ich funkcja może być jednak odtwarzana. Wstawienie genów białek wchodzących w skład telomerazy do starzejących się komórek ludzkich powoduje wydłużenie ich telomerów do długości typowej dla młodych komórek. Komórki wykazują wtedy wszystkie cechy charakterystyczne dla młodych komórek jądrzastych. Telomeraza jest nie tylko centralnym mechanizmem regulującym czas życia komórek, ale także mechanizmem, który może być ponownie włączony, przedłużając replikacyjny okres życia komórek, posiadających markery ekspresji genów charakterystycznych dla młodej komórki. Nie wiadomo, jaki wpływ na replikacyjne starzenie się komórek ma oksydatywne uszkodzenie DNA, ekspozycja na UV, onkogeny ras, które są niezależne od skracania się telomerów.