Стимуляция клеточного деления. Кинины – гормоны роста растений

Если в самых общих чертах охарактеризовать известные фитогормоны, то можно сказать, что отличительной особенностью ауксинов является стимуляция растяжения клеток, гиббереллинов - стимуляция роста стеблей, а кинины характеризуются своей способностью вызывать деление клеток в тканях, не отзывчивых на другие воздействия при оптимальных условиях питания.

То есть, кинины можно назвать гормонами клеточного деления.

Однако физиологический спектр действия кининов несколько шире и не ограничивается только делением. Они оказывают влияние также на растяжение и дифференциацию клеток и на другие процессы. Следует отметить, что кинины проявляют свою активность только в присутствии ауксинов. Например, в тесте образования корневого каллюса активность хининов тесно связана и зависит от взаимодействия с ауксином, причем обе группы гормонов вызывают рост каллюса: ауксины - увеличение размеров, кинины - их деление. Нормальный рост определяется балансом между ними.

Многие исследователи неоднократно отмечали влияние хининов на рост корней. При этом наблюдали как торможение, так и стимуляцию деления и растяжения клеток. Торможение возникало при высокой концентрации гормонов, а стимуляция зависела от условий опыта и физиологического состояния объекта исследования.

Рост дисков из листьев фасоли и прорастание семян салата стимулируется хининами и красным светом и угнетается далеким красным светом. Однако, по мнению Миллера, кинины не могут полностью заменить красный свет, так как они не принимают участия в фотореакцни и имеют отличный от красного света механизм действия.

Все приведенное выше многообразие действия кининов было в подавляющем большинстве случаев изучено на одном представителе этого класса ростовых гормонов — кинетине. Собственно, кинетин нельзя назвать настоящим гормоном, поскольку это вещество не выделено из высших растений.

В химически чистом виде кинетин впервые был изолирован из дрожжевого экстракта и спермы селедки группой сотрудников Висконсинского университета США в 1955 г. Ими же установлено строение этого соединения, являющегося 6-фурфуриламинопурином. Несколько позже, в 1957 г., Скуг и сотр. выделили кинетин из старых или автоклавированных препаратов ДНК. Год спустя появилось сообщение о химическом синтезе кинетина.

Синтетическое изучение химических аналогов кинетина показало, что главную роль в проявлении свойства высокой биологической активности играет адениловая часть молекулы, в то время как боковая цепь фурфурила может быть заменена другими неполярными группами. Используя различные варианты такой замены, получили около 30 высокоактивных и еще большее число менее активных соединений. Этим-то соединениям и было присвоено групповое название «кинины», которое в дальнейшем стали применять к обнаруженным в экстрактах из высших растений веществам, активирующим деление клеток подобно кинетину. Вещества, сильно стимулирующие деление клеток, были найдены в растительных экстрактах из жидкого эндосперма кокосового ореха, эндосперма кукурузы, из развивающихся партенокарпических плодов банана и незрелых плодов конского каштана, листьев табака и моркови, из винограда, опухолевой ткани корончатых галлов, женского гаметофита гинкго и многих других.

Используя в качестве проверочного теста деление клеток, разные исследователи в трех разных лабораториях выделили кинины из экстракта жидкого эндосперма кукурузы. Однако количества полученных препаратов недостаточны для их полной химической идентификации. Все они сходятся на том, что кинины являются производными аденина, незамещенными, за исключением атома азота в шестом положении. Во всех случаях изолированное вещество могло вызвать только часть активности стимуляции клеточного деления.

Проведенное в дальнейшем сравнение свойств очищенных на ионообменных смолах активных препаратов из эндосперма кокосового ореха и эндосперма кукурузы ставит под сомнение тот факт, что найденное соединение является действительно нативным кинином, хотя и эта проверка не лишена сомнений методического характера.

Окончательное выяснение химической природы нативных кининов является делом времени, так как уже во многом разработаны пути их изоляции. В пользу этого свидетельствует и относительно легкое спонтанное образование кинетина из ДНК.

Отсутствие знаний о точной химической природе нативных кининов ограничивает исследования по их биогенезу и превращениям в растительных тканях. Кииетинподобные молекулы включаются в обмен в растениях по нормальному для пуриноз пути. Слабая подвижность кииетина внутри растительных тканей указывает на то, что нативные кинины, возможно, синтезируются клетками, которые в нем нуждаются.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Стимуляторы метаболизма клеток и стимуляторы регенерации: экстракт плаценты, экстракт околоплодной жидкости, пантенол, экстракт медицинских пиявок, лососевой молоки, морского планктона, цветочной пыльцы, костный мозг, эмбриональные клетки, маточное молочко пчел (апилак), ДНК, РНК, факторы роста, органопрепараты тимуса, пуповины, костного мозга, масло облепихи, фитэстрогены и др.

Факторы роста - белки и гликопротеиды, которые оказывают митогенное действие (стимулируют деление) на различные клетки. Факторы роста получают название по типу клеток, для который впервые было показано митогенное действие, однако они обладают более широким спектром действия и не ограничиваются одной группой клеток. Фактор роста кератиноцитов стимулирует деление кератиноцитов. Появляется при ранениях кожи. Эпидермальный фактор роста - стимулирует регенерацию. Подавляет дифференцировку и апоптоз, обеспечивает реэпителизацию ран. Может индуцировать опухолевый рост. Гепаринсвязывающий фактор роста оказывает антипролиферативный эффект на кератиноциты. Фактор роста нервных клеток стимулирует деление кератиноцитов. В настоящее время факторы роста, способные активировать деление человеческих клеток, выделены из молочной сыворотки, из амниотической жидкости животных, плаценты, тканей человеческих эмбрионов, гонад беспозвоночных животных и спермы млекопитающих. Факторы роста используют для активации митозов в стареющей коже, ускорения обновления эпидермиса и регенерации кожных покровов.

Какие именно вещества стимулируют обновление клеток?

• Витамины,
• микроэлементы,
• аминокислоты,
• ферменты,

Это могут быть: вит. А, Е, С, F, цинк, магний, селен, сера, кремний, вит. группы В, биотин, глютатион, протеаза, папаин, и др.

Вещества, повышающие тургор и эластичность кожи, эластостимуляторы (сера, вит. С, хондроитинсульфат, гиалуроновая к-та, коллаген, кремний, глюкозамины, ретиноиды и ретиноевая кислота, фибронектин, фитоэстрогены, препараты клеточной косметики и др).

Ретиноиды

Ретиноиды - природные или синтетические соединения, проявляющие сходное с ретинолом (вит. А) действие. Действие ретиноидов на кожу: шелушивающее, осветляющее, повышение упругости и эластичности, сглаживание морщин, уменьшение воспаления, ранозаживляющее, побочное действие - раздражающее. Ретиноиды вызывают одновременное утолщение эпидермиса и отшелушивание рогового слоя, ускоряя обновление кератиноцитов. Группы ретиноидов:

• Неароматические ретиноиды - ретинальдегид, третиноин, изотретиноин, транс-ретинол в - глюкуронид, фентретинид, эфиры ретиноевой кислоты (ре- тинилацетат, ретинилпальмитат).
• Моноароматические ретиноиды - этретинат, транс-ацитретин, мотретинид.
• Полиароматические ретиноиды - адапален, тазаротин, тамибаротин, аротиноид метилсульфон.

В наружных лекарственных и косметических средствах для коррекции старения используются ретинол, ретинола пальмитат, ретинальдегид, третиноин, эфиры ретиноевой кислоты, изотретиноин, для коррекции фотостарения - третиноин, изотретиноин, аротиноид метилсульфонат, фенретинид, для коррекции акне - третиноин, изотретиноин, мотретинид, адапален.

Мгновенное заживление ран и молниеносное развитие эмбрионов – эти картины из фантастических фильмов могут стать реальностью.

Многочисленные исследования, которые сейчас ведут учёные, уже показали, что ключевую роль при эмбриональном развитии и регенерации тканей играют биоэлектрические сигналы, генерирующиеся с участием клеточной мембраны. Например, на модели заживления раны роговицы было показано, что колебания мембранного потенциала, создающие в ткани электрические поля, регулируют миграцию клеток, их поляризацию и частоту делений, то есть восстановление поврежденной ткани. Потенциал клеточной мембраны формируется при участии имеющихся в ней ионных каналов. Ионные токи, как показывают исследования, имеют огромное значение для деления (дифференцировки) клеток - миобластов, кардиомиоцитов, нейронов. При их делении и слиянии потенциал мембраны изменяется от -10 до -70 мВ, т.е. мембрана становится более отрицательно заряженной (гиперполяризуется). Однако что тут следствие, а что причина: то ли электросигналы – следствие клеточных изменений, то ли наоборот, до сих пор было неясно.

Группа исследователей из Университета Тафтса в Медфорде (Tufts University, Medford, Массачусетс, США) изучили влияние изменения мембранного потенциала на способность клеток ММСК (мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток) костного мозга человека к делению. Сначала они исследовали, зависит ли изменение мембранного потенциала клеток от стадии их деления. Чтобы запустить деление клеток, авторы исследования воздействовали на них химически, с помощью двух веществ (дексаметазона и индометацина), и затем отслеживали изменение яркости окраски флуоресцентного красителя, реагирующего на величину мембранного потенциала (деполяризацию клетки). Выяснилось, что флуоресценция по мере дифференцировки клетки уменьшается, т.е. потенциал снижается и происходит гиперполяризация клеточной мембраны. Происходит это постепенно – в течение второй, третьей недели, и достигает максимума к четвертой неделе дифференцировки клеток.

Далее исследователи проверили, как будет влиять на деление клеток искусственное уменьшение гиперполяризации мембраны клетки. Деполяризацию клеточной мембраны они вызвали, повысив концентрацию ионов калия в среде культивирования клеток. Результат такого воздействия оценивали по появлению маркеров – характерных генов, возникающих при дифференцировке исследуемых клеток. Также клеточные колонии окрашивали специфичным для определенного вида клеток красителем. Оказалось, что деполяризация клеточной мембраны подавляет деление клеток, причем обратимо. При возвращении в стандартные условия стволовые клетки костного мозга восстанавливали свою способность к делению спустя три недели. Мембранный потенциал при этом возвращался к исходному уровню.

Тогда исследователи решили провести обратный эксперимент – увеличить гиперполяризацию клеточной мембраны. Для этого клетки подвергли воздействию соответствующих веществ (пинацидила и диазоксида). Через семь суток оценка эффективности дифференцировки клеток показала, что экспрессия генов-маркеров повышается в 2-4 раза! Причем с повышением концентрации веществ-поляризаторов увеличивалась и экспрессия маркерных генов.

Таким образом группе из Университета Тафтса в Медфорде удалось доказать, что изменение мембранного потенциала в сторону гиперполяризации предшествует дифференцировке клеток, и что с его помощью можно увеличивать эффективность дифференцировки ММСК под действием соответствующих веществ.

Сейчас исследователи занимаются изучением механизма влияния мембранного потенциала на дифференцировку клеток. Они уверены, что в будущем контроль потенциала мембраны будет широко использоваться для стимулирования дифференцировки различных типов стволовых клеток в нужном направлении.

Деление клеток играет большую роль в процессах онтогенеза. Во-первых, благодаря делению из зиготы, которая соответствует одноклеточной стадии развития, возникает многоклеточный организм. Во-вторых, пролиферация клеток, происходящая после стадии дробления, обеспечивает рост организма. В-третьих, избирательному размножению клеток принадлежит заметная роль в обеспечении морфогенетических процессов. В постнатальном периоде индивидуального развития благодаря клеточному делению осуществляется обновление многих тканей в процессе жизнедеятельности организма, а также восстановление утраченных органов, заживление ран.

Зигота, бластомеры и все соматические клетки организма, за исключением половых клеток, в периоде созревания гаметогенеза делятся митозом. Клеточное деление как таковое является одной из фаз клеточного цикла. От продолжительности интерфазы (G­ 1 + S + G 2 -периоды) зависит частота последовательных делений в ряду клеточных поколений. В свою очередь интерфаза имеет разную продолжительность в зависимости от стадии развития зародыша, локализации и функции клеток.

Так, в периоде дробления эмбриогенеза клетки делятся быстрее, чем в другие, более поздние периоды. Во время гаструляции и органогенеза клетки делятся избирательно в определенных областях зародыша. Замечено, что там, где скорость клеточного деления высокая, происходят и качественные изменения в структуре эмбриональной закладки, т.е. органогенетические процессы сопровождаются активным размножением клеток. Показано, что растяжение клеток при их движении стимулирует клеточное деление. В сформировавшемся организме некоторые клетки, например нейроны, вообще не делятся, в то время как в кроветворной и эпителиальной тканях продолжается активное размножение клеток. Клетки некоторых органов взрослого организма в обычных условиях почти не делятся (печень, почка), но при наличии стимула в виде воздействия гормональных или внутритканевых факторов, часть из них может вступить в деление.

При изучении расположения делящихся клеток в тканях обнаружено, что они группируются гнездами. Само по себе деление клеток не придает эмбриональному зачатку определенной формы, и нередко эти клетки располагаются беспорядочно, но в результате последующего их перераспределения и миграции зачаток приобретает форму. Так, например, в зачатке головного мозга деление клеток сосредоточено исключительно в том слое стенки, который прилежит к полости невроцеля. Затем клетки передвигаются из зоны размножения к наружной стороне пласта и образуют ряд выпячиваний, так называемых мозговых пузырей. Таким образом, клеточное деление в эмбриогенезе носит избирательный и закономерный характер. Об этом же свидетельствует открытая в 60-х годах суточная периодичность количества делящихся клеток в обновляющихся тканях.

В настоящее время известен ряд веществ, которые побуждают клетки к делению, например фитогемагглютинин, некоторые гормоны, а также комплекс веществ, выделяющихся при повреждении тканей. Открыты также и тканеспецифичные ингибиторы клеточного деления - кейлоны. Их действие заключается в подавлении или замедлении скорости деления клеток в тех тканях, которые их вырабатывают. Например, эпидермальные кейлоны действуют только на эпидермис. Будучи тканеспецифичными, кейлоны лишены видовой специфичности. Так, эпидермальный кейлон трески действует и на эпидермис млекопитающего.

За последние годы установлено, что многие структуры зародыша образуются клетками, происходящими от небольшого числа или даже одной клетки. Совокупность клеток, являющихся потомками одной родоначальной клетки, называют клоном. Показано, например, что большие по объему участки центральной нервной системы формируются из определенных клеток раннего зародыша. Пока не ясно, в какой именно срок происходит отбор родоначальных клеток, каков механизм этого отбора. Важным следствием такой селекции является то, что многим клеткам раннего зародыша не суждено участвовать в дальнейшем развитии. В опытах на мышах показано, что организм развивается всего из трех клеток внутренней клеточной массы на стадии, когда бластоциста состоит из 64 клеток, а сама внутренняя клеточная масса содержит примерно 15 клеток. Клональные клетки могут быть причиной мозаицизма, когда большие группы клеток отличаются по набору хромосом или аллельному составу.

По-видимому, количество циклов клеточных делений в ходе онтогенеза генетически предопределено. Вместе с тем известна мутация, изменяющая размеры организма за счет одного дополнительного клеточного деления. Это мутация gt (giant), описанная у Drosophila melanogaster. Она наследуется по рецессивному сцепленному с полом типу. У мутантов gt развитие протекает нормально на протяжении всего эмбрионального периода. Однако в тот момент, когда нормальные особи окукливаются и начинают метаморфоз, особи gt продолжают оставаться в личиночном состоянии еще дополнительно 2-5 сут. За это время у них происходит одно, а может быть, и два дополнительных деления в имагинальных дисках, от количества клеток которых зависит размер будущей взрослой особи. Затем мутанты образуют куколку вдвое крупнее обычной. После метаморфоза несколько удлиненной по времени стадии куколки на свет появляется морфологически нормальная взрослая особь удвоенного размера.

У мышей описан ряд мутаций, обусловливающих снижение пролиферативной активности и следующие за этим фенотипические эффекты. К ним относят, например, мутацию or (ocular retardation), затрагивающую сетчатку глаза начиная с 10-х суток эмбрионального развития и приводящую к микрофтальмии (уменьшению размеров глазных яблок), и мутацию tgia, затрагивающую центральную нервную систему с 5-6-х суток после рождения и приводящую к отставанию роста и атрофии некоторых внутренних органов.

Таким образом, деление клеток является чрезвычайно важным процессом в онтогенетическом развитии. Оно протекает с разной интенсивностью в разное время и в разных местах, носит клональный характер и подвержено генетическому контролю. Все это характеризует клеточное деление как сложнейшую функцию целостного организма, подчиняющегося регулирующим влияниям на различных уровнях: генетическом, тканевом, онтогенетическом.

В основе омолаживающих процедур, которые проводит косметолог для улучшения внешнего вида лица и устранения морщин, лежит регенерация клеток кожи, которую необходимо стимулировать. Для этого имеются множество косметических средств и процедур, действие которых направлено на активизацию клеточных процессов в таких слоях кожи, как эпидермис и дерма, а также на ускорение выработки коллагена и эластина. Методики и средства омоложения подбираются с учетом способности кожи отвечать на стимулирующее воздействие.

Некоторые причины замедленной регенерации клеток кожи

Медленное обновление клеток в стареющей коже происходит из-за снижения скорости их деления в базальном слое, а также из-за нарушения процесса слущивания чешуек рогового слоя. В результате нарушается барьерная функция кожи, увеличивается количество дефектных клеток в эпидермисе, ухудшается общий внешний вид кожи.
Дерма страдает от внешних повреждающих факторов среды не намного меньше эпидермиса, а потому тоже нуждается в обновлении. Фибробласты этого слоя кожи постоянно синтезируют волокна эластина и коллагена, гиалуроновую кислоту, другие гликозамингликаны и так же постоянно их разрушают, поддерживая процессы регенерации кожи. Со временем фибробласты утрачивают возможность синтезировать межклеточное вещество так же быстро, как раньше, и скорость обновления дермы замедляется.

Возможные пути стимулирования регенерации клеток кожи

Сегодня перспективными стали исследования возможностей стволовых клеток, способных к почти бесконечному делению. Принято считать, что стволовые клетки эпидермиса расположены в области bulge волосяного фолликула, что подтверждается некоторыми экспериментами, в процессе которых ученым удавалось вырастить фрагмент полноценной кожи из клеток волосяного фолликула.

Кроме того, к интенсивному делению способны клетки базального слоя кожи, причем именно те из них, которые располагаются на углубленных в дерму участках эпидермиса. Скорость обновления эпидермиса зависит от темпа деления клеток базального слоя, но не напрямую, поскольку они делятся гораздо быстрее необходимого. Эта особенность базального слоя объясняется необходимостью создания некоторых резервов на случай повреждения кожи и потребности в немедленной регенерации клеток кожи. В обычных условиях эпидермис сдерживает этот процесс за счет выработки кейлонов, ингибирующих клеточное деление, и поддерживает оптимальную толщину рогового слоя.

При любом повреждающем воздействии на кожу скорость деления базальных клеток увеличивается. Если повреждение происходит на небольшом участке, утолщение кожи происходит локально (яркий пример тому - образование мозоли на стертом участке стопы). Повреждение кожи на большой площади вызывает акантоз - общее утолщение эпидермиса (например, после избыточной инсоляции кожа на теле становится более грубой и плотной).

Методы и средства стимулирования регенерации клеток кожи

В косметологии один из способов стимулировать кожу к регенерации - пилинг - основан именно на этом свойстве кожи отвечать на ее повреждение активным делением клеток базального слоя. Другой способ дать им сигнал к интенсивному размножению - использовать цитокины и ретиноиды.

Цитокины - это медиаторы белковой природы, которые участвуют в межклеточной передаче сигналов, регулируют пролиферацию и дифференцировку клеток. Ретиноиды способны напрямую стимулировать клетки эпидермиса к делению и дифференцировке, а также ослаблять связи между клетками рогового слоя, что способствует их отшелушиванию.

Фитоээстрогены - еще одно средство, стимулирующее регенерацию клеток кожи. Фитоэстрогены могут ускорить клеточное обновление, если клетки стали медленнее делиться из-за недостаточной гормональной стимуляции.

Стимуляция клеток эпидермиса к обновлению способствует активизации фибробластов дермы, что ведет к усилению синтеза коллагена и эластина. В качестве таких стимуляторов в составе косметических средств, ускоряющих регенерацию клеток кожи и способствующих разглаживанию некоторых видов морщин, могут выступать следующие вещества:

• N-ацетил-L-цистеин (серосодержащая аминокислота);
• гамма-аминобутировая кислота;
• неомыляемые фракции масла авокадо, соевого масла;
• полисахариды стенки дрожжей;
• очищенные полисахариды геля алоэ;
• L-аскорбиновая кислота.

Выбор средства и метода для регенерации клеток кожи и ее общего омоложения, а также для ее лечения в случае повреждения или УФ-облучения зависит от выраженности признаков старения или характера повреждения, а также от способности кожи отвечать на стимулирующие действия. Если же деградация клеток в силу возраста или влияния внешних факторов зашла слишком далеко и кожа не отвечает на косметическое воздействие, понадобятся более интенсивные омолаживающие процедуры или помощь пластической хирургии.