Ζωικά μοντέλα στην έρευνα της γήρανσης

Διαβάζοντας τα παρακάτω θα πρέπει να έχουμε συνεχώς στο μυαλό μας, ότι εξετάζοντας άλλους οργανισμούς δεν θέλουμε απλώς να καταλάβουμε γιατί ζουν λιγότερο ή περισσότερο οι οργανισμοί αυτοί, αν και από μόνο του αυτό το θέμα είναι πολύ ενδιαφέρον, αλλά να μάθουμε ότι μπορούμε περισσότερο για τη γήρανση του ανθρώπου με τελικό στόχο ζήσουμε περισσότερο και καλύτερα.  Έτσι η μελέτη των πρότυπων οργανισμών καθοδηγείται κάτι περισ­σό­τερο από  περιέργεια.  Εδώ θα αναφερθούν πειράματα που έχουν γίνει σε κάποιους πρότυπους οργανισμούς, οργανισμούς που χρησιμοποιούν διάφοροι ερευνητές στο εργαστήριο.

Κατ΄αρχάς θα πρέπει να εξηγήσουμε γιατί γίνονται πειράματα/ή απλές παρατηρήσεις στους οργανισμούς αυτούς για την μελέτη της γήρανσης.

Η διαδικασία της γήρανσης στον άνθρωπο διαρκεί δεκαετίες, είναι λοιπόν σχεδόν αδύνατο να μελετηθεί ο μηχανισμός αυτός in vivo. Επομένως, πρέπει να μελετήσουμε άλλους οργανισμούς, με πολύ μικρότερη διάρκεια ζωής και να επεκτείνουμε κατόπιν τα συμπεράσματα στην ανθρώπινη γήρανση ή να μελετήσουμε κυτταρικές σειρές του ανθρώπου.

………………………………………………………………………………………………………………

σημειώσεις:

1.   in vivo : πειράματα που πραγματοποιούνται σε ιστούς ενός ζωντανού οργανισμού σε αντιδιαστολή με το in vitro (= σε δοκιμαστικό σωλήνα) πειράματα, που γίνονται σε μέρη εκτός του ζωντανού οργανισμού π.χ. κυτταρικές σειρές σε δοκιμαστικό σωλήνα.

2.  Η επιστημονική ονομασία ενός οργανισμού αποτελείται από δύο λατινικές λέξεις, η πρώτη αναφέρεται στο γένος και η δεύτερη στο είδος.  Μερικές φορές υπάρχει και τρίτη λέξη που αναφέρεται στο υποείδος.  Η πρώτη αρχίζει με κεφαλαίο και η δεύτερη με μικρό (και πάντα σε γραφή italics ή υπογραμμισμένο όταν γράφουμε στο χέρι). Πολλές φορές αναφέρουμε μόνο το αρχικό από το πρώτο γράμμα.  π.χ.   Escherichia coli  ή  E. coli,    Homo sapiens,  Caernohabditis elegans ή C. elegans

……………………………………………………………………………………………………………………………

Πράγματι, αρκετές έρευνες χρησιμοποιούν διάφορες κυτταρικές σειρές του ανθρώπου για τη μελέτη της γήρανσης.  Αυτό έχει το πλεονέκτημα ότι χρησιμοποιούνται ανθρώπινα κύτταρα αλλά πολλές φορές τα in vitro  αποτελέσματα δεν είναι αντιπροσωπευτικά αυτών που συμβαίνουν  in vivo.  Επομένως, η μελέτη μοντέλων ζωικών οργανισμών είναι μια αναγκαστική επιλογή για τη μελέτη της γήρανσης και σήμερα ένα μεγάλο μέρος αυτών που ξέρουμε για τη γήρανση προέρχεται από τέτοιου είδους μελέτες. Οι σύντομοι κύκλοι ζωής ορισμένων οργανισμών, όπως της Drosophila melanogaster  ή του Caernohabditis elegans, τα κάνουν προσιτά στη μελέτη της γήρανσης.  Τα ποντίκια, αν και έχουν αρκετά μεγάλη διάρκεια ζωής, χρησιμοποιού­νται στην έρευνα της γήρανσης καθότι ως θηλαστικά είναι εξελικτικά πιο κοντά  στον άνθρωπο. Μονοκύτταροι οργανισμοί, ειδικότερα η ζύμη Saccharomyces cerevisiae, έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί στην έρευνα της γήρανσης.

 

 

 

Caenorhabditis elegans

Ο οργανισμός αυτός χρησιμοποιείται πολύ στην έρευνα για την γήρανση και τη μακροζωία. Είναι πολυκύτταρος οργανισμό με πολύπλοκες αναπτυξιακές διαδικασίες. Το C. elegans έχει πολλά χαρακτηριστικά που το κάνουν κατάλληλο οργανισμό ως πειραματόζωο στην έρευνα της μακροζωίας: έχει έναν σύντομο κύκλο ζωής, μεγαλώνει εύκολα στο εργαστήριο, έχει μικρό μέγεθος που σημαίνει ότι οι ερευνητές μπορούν εύκολα να χειριστούν μεγάλους αριθμούς και εύκολα εφαρμόζεται σε αυτό η γενετική ανάλυση. Αντιπροσωπεύει τη τέλεια ισορροπία μεταξύ της πολυπλοκότητας και της απλότητας.

………………………………………………………………………………………………………………………………….
Για το C. elegans
Το νηματώδες C. elegans, έχει μήκος 1 mm και η τροφή του αποτελείται από απλά βακτήρια. Η διάρκεια ζωής του είναι 2-3 εβδομάδες. Υπάρχουν δύο φύλα, τα αυτογονιμοποιούμενα ερμαφρόδιτα και τα αρσενικά. Η κυρίαρχη μορφή είναι το ερμαφρόδιτο.
Τα σκουλήκια, όπως το C. elegans σαφώς γηράσκουν: καθώς γερνούν κινούνται και τρέφονται πιο αργά, γίνονται άγονα, η εξωτερική επιδερμίδα τους που αποτελείται από κολλαγόνο, όπως το δέρμα μας, ζαρώνει, η συγκέντρωση των οξειδωμένων πρωτεϊνών αυξάνεται.
Τη πλήρη αλληλουχία του γονιδιώματος του C. elegans τη γνωρίζουμε από το 1998 (ο πρώτος πολυκύτταρος οργανισμός που βρέθηκε η αλληλουχία του). Αποτελείται από περίπου 97.000.000 ζεύγη βάσεων που κωδικοποιούν γύρω στα 19.000 γονίδια. Περίπου το 35 % των γονιδίων του C. elegans έχουν ομόλογα γονίδια με τον άνθρωπο.
…………………………………………………………………………………………………………………………………

Το 1988 αναφέρθηκε η πρώτη μετάλλαξη που επέκτεινε τη διάρκεια ζωής του C. elegans. Οφειλόταν σε ένα γονίδιο που ονομάστηκε age-1: Αυτή η μετάλλαξη προκάλεσε αύξηση 65 % στη μέση διάρκεια ζωής αυτών των οργανισμών. Αυτό ήταν ένα εκπληκτικό αποτέλεσμα. Μέχρι τότε θεωρούνταν πιθανότερο ότι η διάρκεια ζωής ήταν ένα πολυγονιδιακό γνώρισμα, και οι απλές μεταλλάξεις γονιδίων που επεκτείνανε τη διάρκεια ζωής θεωρούνταν ιδιαίτερα απίθανες.
Αργότερα βρέθηκε ότι ένα άλλο γονίδιο το daf-2 επέκτεινε τη διάρκεια ζωής. Έπειτα βρέθηκε και το daf-16 καθώς και τα ομόλογα γονίδια στον άνθρωπο. Δεν θα επεκταθώ περισσότερο εδώ για τα θέμα αυτά γιατί η πληροφόρηση γίνεται αρκετά εξειδικευμένη.
Οι εκατοντάδες των γονιδίων από αυτόν τον οργανισμό που έχουν προσδιοριστεί, εμπίπτουν σε δύο κατηγορίες: σε εκείνα που προάγουν τη μακροζωία και σε εκείνα που προάγουν τη γήρανση.
Μέχρι σήμερα έχουν αναφερθεί 255 γονίδια που σχετίζονται με τη διάρκεια ζωής του C. elegans.
Η έρευνα πάντως με αυτά τα σκουλήκια μας έδωσε ένα σημαντικό μονοπάτι για τον άνθρωπο: Το μονοπάτι ινσουλίνης/ινσουνολιδούς αυξητικού παράγοντα Ι που έχει σχέση με τη ρύθμιση της γήρανσης στα σκουλήκια και εξετάζεται πλέον και στον άνθρωπο.

 

Mus musculus

Τα τρωκτικά και ιδιαίτερα τα ποντίκια είναι οργανισμοί που χρησιμοποιούντα για την μελέτη της γήρανσης λόγω του ότι, ως θηλαστικό, έχει κοινά χαρακτηριστικά γνωρίσματα με τον άνθρωπο. Το 2002 βρέθηκε η αλληλουχία του γονιδιώματος του ποντικιού. Τα ποντίκια έχουν 40 χρωμοσώματα σε αντίθεση με τον άνθρωπο που έχει 46. Λιγότερο από 1% του γονιδιώματος των ποντικιών περιέχει γονίδια που δεν έχουν κανένα ομόλογο στο ανθρώπινο γονιδίωμα. Τα ποντίκια είναι σχετικά μικροί οργανισμοί και εύκολο να χειριστούν. Το ποντίκι ως μοντέλο οργανισμού χρησιμοποιείται πολύ για ανοσολογικές, αναπτυξιακές και διαγονιδιακές μελέτες. Τα μειονεκτήματά του ως πειραματικό υλικό για τη γήρανση και μακροζωία είναι η μεγάλη μέση διάρκεια ζωής του η οποία κυμαίνεται από 1,3-3 έτη και ο αριθμός των απογόνων που είναι 1-10, αριθμός μικρός για ποσοτικές μελέτες.
Τα ποντίκια και γενικά τα τρωκτικά έχουν κατά κόρον χρησιμοποιηθεί ως πειραματόζωα για την διατροφή με περιορισμένο αριθμό θερμίδων. Από τέτοια πειράματα κυρίως γνωρίζουμε για την επίδραση σε έναν οργανισμό μιας τέτοιας διατροφής.
Όπως αναφέρθηκε τα μονοπάτια που σχετίζονται με την ινσουλίνη-ινσουλινοειδή αυξητικό παράγοντα (IGF) διαμορφώνει τη γήρανση στα νηματοειδή και τα έντομα. Είναι δυνατό τα ομόλογα μονοπάτια να ελέγχουν τη γήρα¬ν¬ση στα θηλαστικά;
Ενώ στα σκουλήκια και στις μύγες υπάρχει ένας απλός υποδοχέας ινσουλίνης/IGF, στα θηλαστικά υπάρχουν τουλάχιστον 3. Αυτοί είναι: ο υποδοχέας της ινσουλίνης, ο ομόλο¬γος με τον υποδοχέα του ινσουλινοειδή αυξητικού παράγοντα Ι (IGF-Ι) και ένας τρίτος υποδοχέας άγνω¬στης λειτουργίας, γνωστός ως ο υποδο¬χέας παρόμοιος με τον υποδοχέα της ινσουλίνης.
Τα μέχρι τώρα πορίσματα υποδεικνύουν τον IGF-1 υποδοχέα ως διαμορφωτή της γήρανσης. Υπενθυμίζουμε ότι ο IGF-1 είναι ένας παράγοντας αύξησης και επιβίωσης των κυττάρων. Η παραγωγή IGF-1 ρυθμίζεται από την αυξητική ορμόνη στην πρόσθια υπόφυση. Στην πραγματικότητα, αυτό που κάνει η αυξητική ορμόνη είναι να προκαλεί την παραγωγή του IGF-1. Ο IGF-1 ελέγχει το μέγεθος των σωμάτων οπότε όταν στερούμαστε την αυξητική αυτή ορμόνη παραμένουμε νάνοι. Από ότι παρατηρούμε εδώ συνυπάρχουν και η εξελικτική θεωρία της γήρανσης που λέει ότι κάποια γονίδια είναι υπεύθυνα για την ανάπτυξη και την γήρανση, αλλά και η ανοσοενδροκρινολογική θεωρία της γήρανσης με την υπόφυση-υποθάλαμο να ελέγχουν τη γήρανση.
Μέχρι σήμερα έχουν αναφερθεί 47 γονίδια που σχετίζονται με την διάρκεια ζωής του ποντικού.

Μυρμήγκια

Ένας άλλος ενδιαφέρον οργανισμός στον οποίο ερευνάται η γήρανση, είναι τα μυρμήγκια. Αν και η μοριακή έρευνα για τα μυρμήγκια και τη γήρανση τους δεν είναι τόσο εξελιγμένη όσο τα άλλα είδη οργανισμών που αναφέραμε παραπάνω, έχει βρεθεί ότι οι βασίλισσες ζουν μέχρι και 500 φορές περισσότερο σε από τα κοινά μυρμήγκια. Σε αυτό παίζει ρόλο βέβαια και η κοινωνική οργάνωση των μυρμηγκιών που προστατεύει τις βασίλισσες από τον τυχαίο θάνατο, αλλά φαίνεται ότι οι βασίλισσες έχουν και ένα σύστημα επισκευής γενετικών βλαβών, το οποίο απουσιάζει στα κοινά μυρμήγκια.