Сенесценція / SASP

Клітинна сенесценція — це стійкий, переважно необоротний стан зупинки проліферації клітини, який виникає у відповідь на певні форми внутрішнього або зовнішнього стресу. Сенесцентна клітина не є просто «старою» або мертвою клітиною: вона залишається метаболічно активною, змінює експресію генів, метаболізм, морфологію та міжклітинну комунікацію. Однією з найхарактерніших властивостей частини сенесцентних клітин є SASP (senescence-associated secretory phenotype, сенесцентний секреторний фенотип) — комплекс цитокінів, хемокінів, факторів росту, протеаз, ліпідів та інших молекул, які клітина виділяє у позаклітинне середовище.

Сенесценція є важливим механізмом захисту від пухлинної трансформації, бере участь у розвитку, загоєнні ран і ремоделюванні тканин, але тривале накопичення сенесцентних клітин та їхнього SASP може сприяти хронічному запаленню, порушенню функції тканин і віковим змінам.

Що таке клітинна сенесценція

Клітинна сенесценція — це стабільний стан клітини, за якого вона втрачає здатність до поділу, але не обов’язково гине.

Класично для сенесцентної клітини характерні:

• тривала зупинка клітинного циклу;
• збереження метаболічної активності;
• зміна експресії генів;
• зміни хроматину;
• збільшення клітинних розмірів;
• перебудова метаболізму;
• зміна функції мітохондрій;
• підвищення активності лізосомних компонентів;
• зміна міжклітинної сигналізації;
• формування SASP у багатьох, але не всіх випадках.

Сенесценція не є єдиним однорідним станом. Сенесцентні клітини можуть істотно відрізнятися залежно від тканини, типу клітини, причини виникнення та тривалості сенесценції.

Сенесценція, старіння та клітинна загибель

Терміни «сенесценція», «старіння» та «загибель клітини» не є синонімами.

Клітинне старіння може означати поступове накопичення змін у клітині.

Сенесценція — конкретний біологічний стан, що характеризується стійкою зупинкою проліферації.

Апоптоз — запрограмована форма клітинної загибелі.

Сенесцентна клітина залишається живою, хоча її функціональні властивості істотно змінюються.

Історія концепції

Поняття клітинної сенесценції сформувалося завдяки роботам Леонарда Гейфліка та Пола Мурхеда, які в 1960-х роках продемонстрували обмежену кількість поділів нормальних соматичних клітин людини в культурі.

Це явище отримало назву ліміт Гейфліка.

Пізніше було встановлено, що обмеження проліферації може бути не лише наслідком поступового скорочення теломер, а й відповіддю на різноманітні форми клітинного стресу.

Ліміт Гейфліка

Нормальні соматичні клітини людини зазвичай не можуть необмежено ділитися.

Після певної кількості реплікативних циклів вони можуть перейти у стан реплікативної сенесценції.

Одним із головних механізмів є поступове вкорочення теломер.

Теломери захищають кінці хромосом від сприйняття їх як пошкодженої ДНК.

Коли теломери стають критично короткими або дисфункціональними, активується відповідь на пошкодження ДНК, яка може стабільно зупинити клітинний цикл.

Теломери

Теломери — спеціалізовані повторювані послідовності ДНК на кінцях хромосом.

Під час реплікації ДНК теломерні ділянки поступово скорочуються в багатьох соматичних клітинах.

Критичне скорочення або пошкодження теломер може активувати:

• ATM;
• ATR;
• p53;
• p21;
• p16;
• інші компоненти відповіді на пошкодження ДНК.

Результатом може бути стійка зупинка клітинного циклу.

Реплікативна сенесценція

Реплікативна сенесценція виникає після тривалого проходження клітиною клітинних циклів.

Вона особливо характерна для клітин, які мають низьку або недостатню активність теломерази.

Реплікативна сенесценція є одним із механізмів, що обмежує потенційно небезпечну необмежену проліферацію.

Стрес-індукована передчасна сенесценція

Сенесценція може виникнути задовго до критичного скорочення теломер.

Такий стан називають стрес-індукованою передчасною сенесценцією.

Її можуть спричиняти:

• пошкодження ДНК;
• окисний стрес;
• онкогенна активація;
• радіація;
• деякі хіміотерапевтичні агенти;
• токсичні речовини;
• порушення функції мітохондрій;
• метаболічний стрес;
• дефіцит або надлишок поживних речовин;
• хронічне запалення;
• механічний стрес.

Онкоген-індукована сенесценція

Онкоген-індукована сенесценція, або OIS, є захисною відповіддю на аномальну активацію онкогенних сигнальних шляхів.

Класичним прикладом є надмірна активація Ras.

Парадоксально, сильний онкогенний сигнал може не стимулювати безмежну проліферацію, а навпаки — активувати механізми, які блокують поділ клітини.

Це є одним із важливих природних бар’єрів проти пухлинного розвитку.

Сенесценція як протипухлинний механізм

Однією з фундаментальних функцій сенесценції є запобігання проліферації потенційно небезпечних клітин.

Клітина з:

• сильним пошкодженням ДНК;
• активованим онкогеном;
• серйозним геномним стресом;

може перейти в сенесцентний стан замість продовження поділів.

Таким чином, сенесценція є своєрідним пухлинним бар’єром.

Сенесценція і p53

Білок p53 є одним із центральних регуляторів клітинної відповіді на стрес.

При пошкодженні ДНК p53 може активувати експресію p21 та інших генів, які пригнічують клітинний цикл.

Залежно від сили та контексту сигналу p53 може сприяти:

• тимчасовій зупинці клітинного циклу;
• репарації ДНК;
• сенесценції;
• апоптозу.

Тому p53 не є специфічним «геном сенесценції», а є центральним регулятором вибору клітинної долі.

p21

p21^CIP1/WAF1, кодований геном CDKN1A, є важливим інгібітором циклінзалежних кіназ.

Він може блокувати активність комплексів, необхідних для проходження клітинного циклу.

p21 часто активується через p53 у відповідь на пошкодження ДНК.

Його підвищення є важливим механізмом встановлення зупинки проліферації.

p16 і RB

Іншим центральним шляхом є:

p16INK4a → RB → блокування клітинного циклу.

p16 пригнічує CDK4 та CDK6.

Це сприяє підтриманню RB у активному стані.

Активний RB перешкоджає транскрипційній програмі, необхідній для переходу клітини з фази G1 до S.

Два основні шляхи зупинки клітинного циклу

У сенесценції особливо важливими є дві взаємопов’язані осі:

DNA damage → p53 → p21

та

p16 → RB.

Вони можуть діяти паралельно.

Стійкість сенесцентного стану часто забезпечується не одним молекулярним механізмом, а взаємодією кількох систем.

Відповідь на пошкодження ДНК

Пошкодження ДНК є одним із найсильніших стимулів сенесценції.

При пошкодженні геному активуються системи:

• ATM;
• ATR;
• CHK1;
• CHK2;
• p53;
• p21;
• інші компоненти DNA damage response.

Якщо пошкодження неможливо безпечно усунути, клітина може перейти до стійкої зупинки циклу.

DNA damage foci

У сенесцентних клітинах часто виявляються стійкі вогнища відповіді на пошкодження ДНК.

Вони можуть містити:

• γH2AX;
• 53BP1;
• активовані компоненти ATM;
• інші білки DNA damage response.

Такі структури часто використовують як один із маркерів сенесценції, але жоден окремий маркер не є абсолютно специфічним.

Хроматин і сенесценція

Сенесценція супроводжується глибокою перебудовою хроматину.

Можуть змінюватися:

• метилювання ДНК;
• модифікації гістонів;
• тривимірна організація хроматину;
• доступність регуляторних ділянок;
• експресія генів.

Ці зміни допомагають стабілізувати новий транскрипційний стан клітини.

Сенесцентно-асоційовані гетерохроматинові ділянки

У деяких моделях сенесценції формуються SAHF, або senescence-associated heterochromatin foci.

Вони являють собою перебудовані ділянки гетерохроматину.

SAHF особливо добре описані в деяких формах онкоген-індукованої сенесценції, але не є універсальною ознакою всіх сенесцентних клітин.

Епігенетичні зміни

Сенесцентний стан супроводжується численними епігенетичними змінами.

Можуть змінюватися:

• метилювання ДНК;
• ацетилювання гістонів;
• метилювання гістонів;
• активність хроматин-ремоделювальних комплексів;
• структура нуклеосом;
• експресія некодуючих РНК.

Ці зміни впливають на стабільність сенесцентного транскрипційного профілю.

Метаболічні зміни

Сенесцентна клітина не припиняє метаболізм.

Навпаки, її метаболізм часто істотно перебудовується.

Можуть змінюватися:

• гліколіз;
• окисне фосфорилювання;
• використання жирних кислот;
• активність мітохондрій;
• рівень NAD⁺;
• редокс-баланс;
• синтез білків;
• метаболізм амінокислот.

Конкретний метаболічний профіль залежить від типу сенесценції.

Мітохондрії при сенесценції

Сенесцентні клітини часто мають зміни мітохондріальної функції.

Можуть спостерігатися:

• збільшення мітохондріальної маси;
• зміни мембранного потенціалу;
• порушення динаміки мітохондрій;
• підвищення або зміна продукції ROS;
• зміна окисного метаболізму;
• порушення мітофагії.

Мітохондрії можуть бути як причиною, так і наслідком сенесцентного стану.

ROS і сенесценція

Активні форми кисню, або ROS, можуть стимулювати сенесценцію.

Високий рівень ROS здатний пошкоджувати:

• ДНК;
• білки;
• ліпіди;
• мітохондрії.

Водночас сенесцентні клітини самі можуть продукувати більше ROS.

Тому формується потенційне позитивне коло:

мітохондріальна дисфункція → ROS → пошкодження → сенесценція → нові метаболічні зміни → ROS.

Морфологічні зміни

Сенесцентні клітини часто стають:

• більшими;
• пласкішими;
• гранулярнішими;
• вакуолізованими.

Ці зміни пов’язані з перебудовою цитоскелета, органел та лізосом.

Однак морфологія також залежить від типу клітини.

Лізосоми при сенесценції

У сенесцентних клітинах часто збільшується лізосомна активність.

Цим пояснюється широко використовуваний маркер:

SA-β-gal, або senescence-associated β-galactosidase.

Його виявляють при pH близько 6, що відрізняє тест від фізіологічної лізосомної β-галактозидази, оптимум якої є кислішим.

SA-β-gal

SA-β-gal є одним із найпоширеніших експериментальних маркерів сенесценції.

Важливо, що:

SA-β-gal не є абсолютно специфічним маркером сенесценції.

Підвищення β-галактозидазної активності може спостерігатися і за інших станів.

Тому для ідентифікації сенесцентних клітин зазвичай використовують комбінацію ознак.

Інші маркери сенесценції

До часто використовуваних ознак належать:

• підвищена SA-β-gal;
• p16INK4a;
• p21;
• зниження маркерів проліферації;
• тривала зупинка клітинного циклу;
• γH2AX;
• 53BP1;
• зміни ламіна B1;
• зміни SASP;
• морфологічні зміни;
• метаболічна перебудова.

Жоден із цих маркерів окремо не визначає сенесценцію з абсолютною точністю.

Втрата ламіна B1

Зниження рівня lamin B1 часто спостерігається в сенесцентних клітинах.

Ламін B1 є структурним компонентом ядерної оболонки та хроматину.

Його втрата пов’язана з перебудовою ядерної архітектури.

Проте і цей маркер не є універсальним для всіх типів сенесценції.

Зупинка клітинного циклу

Ключова ознака сенесценції — стійка втрата здатності до проліферації.

Може спостерігатися:

• зниження Ki-67;
• зниження включення EdU або BrdU;
• накопичення клітин у G1 або інших фазах;
• активація p16/p21;
• пригнічення CDK;
• активація RB.

Важливо відрізняти сенесценцію від тимчасової зупинки клітинного циклу.

Клітинний цикл і оборотність

Клітина може тимчасово припинити поділ через:

• голодування;
• контактне гальмування;
• дефіцит факторів росту;
• гострий стрес.

Така зупинка може бути оборотною.

Сенесценція, навпаки, характеризується стабільністю стану та стійкою втратою проліферативної здатності.

Сенесценція та quiescence

Quiescence, або стан спокою, — це оборотна зупинка клітинного циклу.

Клітина перебуває в метаболічно активному, але непроліферуючому стані.

Після відповідного стимулу вона може знову увійти в клітинний цикл.

Сенесценція принципово відрізняється більшою стабільністю зупинки.

Сенесценція та диференціювання

Диференційовані клітини також можуть не ділитися.

Однак відсутність проліферації сама по собі не означає сенесценцію.

Диференціювання — це програма спеціалізації клітини.

Сенесценція — стрес-асоційований стан із характерними молекулярними та функціональними змінами.

Сенесценція та апоптоз

Апоптоз завершується загибеллю клітини.

Сенесценція — ні.

Сенесцентна клітина може залишатися живою протягом тривалого часу та активно взаємодіяти з навколишньою тканиною.

Саме тому SASP є таким важливим: сенесцентна клітина може впливати на численні сусідні клітини, не ділячись і не гинучи.

Що таке SASP

SASP (senescence-associated secretory phenotype) — сенесцентно-асоційований секреторний фенотип.

Це сукупність молекул, які сенесцентна клітина синтезує та виділяє в позаклітинне середовище.

SASP не є одним конкретним білком або молекулою.

Це складний і динамічний секреторний профіль.

Основні компоненти SASP

До SASP можуть належати:

• IL-6;
• IL-8/CXCL8;
• IL-1α;
• IL-1β;
• TNF;
• CCL2;
• CCL5;
• CXCL1;
• CXCL2;
• TGF-β;
• GM-CSF;
• фактори росту;
• матриксні металопротеїнази;
• інші протеази;
• компоненти позаклітинного матриксу;
• ліпідні медіатори;
• фактори, що впливають на імунні клітини.

Склад SASP значно залежить від типу клітини та стимулу.

SASP не є універсальним

Немає єдиного набору молекул, який присутній у кожній сенесцентній клітині.

SASP залежить від:

• типу клітини;
• причини сенесценції;
• тривалості сенесценції;
• метаболічного стану;
• мікрооточення;
• типу пошкодження;
• активності NF-κB;
• p38 MAPK;
• cGAS-STING;
• інших сигнальних шляхів.

Тому правильніше говорити про спектр SASP-профілів, а не про один стандартний SASP.

Цитокіни SASP

Цитокіни є одними з найважливіших компонентів SASP.

Особливо часто вивчаються:

• IL-6;
• IL-1;
• TNF;
• TGF-β.

Вони можуть змінювати активність сусідніх клітин та імунної системи.

Хемокіни SASP

Хемокіни сприяють рекрутуванню імунних клітин.

Наприклад, CCL2, CXCL1, CXCL8 та інші хемокіни можуть впливати на міграцію:

• моноцитів;
• нейтрофілів;
• лімфоцитів;
• інших клітин імунної системи.

Тому SASP може змінювати склад клітин у тканинному мікрооточенні.

Матриксні металопротеїнази

До SASP можуть входити MMP, або матриксні металопротеїнази.

Вони здатні розщеплювати компоненти позаклітинного матриксу.

Це може спричиняти:

• ремоделювання тканини;
• зміну механічних властивостей матриксу;
• вивільнення факторів росту;
• зміну клітинної адгезії.

SASP і NF-κB

NF-κB є одним із центральних регуляторів запального компонента SASP.

Активація NF-κB може стимулювати експресію:

• цитокінів;
• хемокінів;
• факторів запалення.

Тому NF-κB є важливою ланкою між сенесценцією та запальним мікрооточенням.

SASP і p38 MAPK

p38 MAPK бере участь у відповіді клітини на стрес.

Його активація може сприяти формуванню та підтриманню деяких компонентів SASP.

Таким чином, стресові сигнали через p38 можуть перетворювати внутрішньоклітинне пошкодження на міжклітинний сигнал.

SASP і cGAS–STING

Важливим механізмом формування SASP є система cGAS–STING.

При порушенні цілісності ядра та появі цитозольної ДНК фермент cGAS може розпізнавати ДНК і запускати сигнальний каскад через STING.

Це може активувати:

• TBK1;
• IRF3;
• NF-κB;
• інші компоненти вродженої імунної відповіді.

У результаті посилюється експресія частини запальних компонентів SASP.

Цитоплазматична ДНК

Сенесцентні клітини можуть мати пошкодження ядерної оболонки.

Фрагменти хроматину можуть виходити в цитоплазму.

Такі структури можуть розпізнаватися як сигнали небезпеки.

Це один із механізмів, що пов’язує:

пошкодження геному → сенесценцію → вроджену імунну сигналізацію → SASP.

SASP і NF-κB та C/EBPβ

NF-κB і C/EBPβ є важливими транскрипційними регуляторами багатьох компонентів SASP.

Їхня взаємодія може формувати характерний запальний секреторний профіль.

Однак конкретна комбінація транскрипційних факторів залежить від типу сенесценції.

SASP і mTOR

mTOR може впливати на формування SASP через регуляцію білкового синтезу, метаболізму та сигнальних шляхів.

Тому сенесценція та SASP пов’язані не лише з пошкодженням ДНК, а й із загальним метаболічним станом клітини.

SASP і метаболізм

Формування SASP потребує значних ресурсів.

Сенесцентна клітина повинна синтезувати та секретувати велику кількість молекул.

Тому зміни:

• гліколізу;
• мітохондріальної активності;
• амінокислотного метаболізму;
• ліпідного метаболізму;

можуть впливати на SASP.

SASP і запалення

SASP часто має прозапальний характер.

Виділені цитокіни та хемокіни можуть залучати імунні клітини та змінювати функцію сусідніх клітин.

Якщо сенесцентні клітини швидко видаляються, цей сигнал може бути короткочасним.

Якщо вони накопичуються, SASP може підтримувати хронічне низькорівневе запалення.

Senoinflammation

Термін senoinflammation використовують для позначення запального стану, пов’язаного з накопиченням сенесцентних клітин та їхньою секреторною активністю.

Це не просто «наявність запалення».

Йдеться про складну взаємодію:

сенесцентні клітини → SASP → імунні клітини → запалення → зміни тканини → нова сенесценція.

Паракринна сенесценція

SASP може впливати на сусідні клітини.

У деяких умовах він здатний індукувати в них вторинну або паракринну сенесценцію.

Це означає, що невелика кількість первинно сенесцентних клітин потенційно може поширювати стан через тканину.

Поширення сенесцентного фенотипу

SASP може впливати на:

• сусідні клітини;
• імунну систему;
• фібробласти;
• ендотеліальні клітини;
• стовбурові та прогеніторні клітини;
• позаклітинний матрикс.

Через це локальна сенесценція може мати непропорційно великий тканинний ефект.

SASP і стовбурові клітини

Хронічний SASP може змінювати функцію тканинних стовбурових клітин.

Залежно від контексту він може:

• стимулювати проліферацію;
• пригнічувати проліферацію;
• змінювати диференціювання;
• сприяти виснаженню стовбурового пулу;
• змінювати нішу.

Тому вплив SASP на регенерацію є контекстозалежним.

Сенесценція в регенерації

Сенесценція не завжди є патологічною.

Тимчасова сенесценція може виникати під час:

• ембріонального розвитку;
• загоєння ран;
• тканинного ремоделювання;
• регенерації.

У таких ситуаціях сенесцентні клітини можуть виконувати сигнальну функцію.

Після виконання функції вони повинні бути видалені.

Сенесценція під час розвитку

Сенесцентноподібні клітини виявляються під час певних етапів ембріонального розвитку.

Вони можуть сприяти:

• ремоделюванню тканин;
• формуванню структур;
• видаленню непотрібних клітин;
• регуляції росту.

Це демонструє, що сенесценція еволюційно не є винятково патологічним процесом.

Сенесценція при загоєнні ран

Під час загоєння ран сенесцентні клітини можуть тимчасово накопичуватися.

Їхній SASP може впливати на:

• фібробласти;
• епітеліальні клітини;
• імунні клітини;
• ремоделювання матриксу.

На певному етапі вони можуть сприяти відновленню тканини.

Однак тривале збереження сенесцентних клітин може перешкоджати нормальному завершенню регенерації.

Сенесценція і фібробласти

Фібробласти можуть переходити в сенесцентний стан під дією:

• реплікативного виснаження;
• окисного стресу;
• пошкодження ДНК;
• запальних сигналів;
• механічного стресу.

Сенесцентні фібробласти можуть змінювати позаклітинний матрикс через SASP.

Сенесценція ендотелію

Сенесценція ендотеліальних клітин може впливати на:

• судинний тонус;
• проникність судин;
• запалення;
• взаємодію з лейкоцитами;
• ангіогенез.

SASP ендотеліальних клітин може сприяти прозапальному стану судинної стінки.

Сенесценція і атеросклероз

Сенесцентні клітини виявляються в атеросклеротичних бляшках.

До них можуть належати:

• ендотеліальні клітини;
• гладком’язові клітини;
• макрофаги;
• фібробласти та інші клітини.

Їхній SASP може підтримувати локальне запалення та ремоделювання матриксу.

Сенесценція і фіброз

Сенесцентні клітини можуть як обмежувати, так і сприяти фіброзу залежно від часу та тканини.

Тимчасова сенесценція може допомагати припиненню проліферації та ремоделюванню.

Хронічне накопичення сенесцентних клітин та SASP може підтримувати активацію фібробластів та патологічне ремоделювання матриксу.

Сенесценція в печінці

Сенесцентні клітини в печінці досліджують у контексті:

• фіброзу;
• стеатозу;
• хронічного запалення;
• вікових змін;
• регенерації.

Особливу роль можуть відігравати сенесцентні зірчасті клітини печінки, гепатоцити та інші клітинні популяції.

Сенесценція в легенях

Сенесцентні епітеліальні та мезенхімальні клітини можуть впливати на:

• легеневе запалення;
• ремоделювання тканини;
• фіброз;
• регенеративну здатність.

SASP може змінювати мікрооточення легеневої тканини.

Сенесценція в нирках

Сенесцентні клітини нирок досліджують у контексті:

• старіння нирок;
• гострого ушкодження;
• хронічної хвороби нирок;
• фіброзу.

Тривале накопичення сенесцентних клітин може порушувати регенерацію та сприяти прозапальному мікрооточенню.

Сенесценція в нервовій системі

У центральній нервовій системі сенесцентноподібні стани можуть виникати не лише в нейронах, а й у:

• астроцитах;
• олігодендроцитарних клітинах;
• мікроглії;
• клітинах судин;
• інших клітинах нервової тканини.

Їхній секреторний профіль може впливати на нейрозапалення та функцію сусідніх клітин.

Сенесценція і мікроглія

Мікроглія може набувати вікових та сенесцентноподібних фенотипів.

Такі клітини можуть змінювати:

• фагоцитоз;
• продукцію цитокінів;
• реакцію на пошкодження;
• взаємодію з нейронами.

Це є одним із напрямів досліджень вікових змін центральної нервової системи.

Сенесценція та рак

Сенесценція має подвійне значення для онкології.

На ранніх етапах вона може запобігати розвитку пухлини.

Але пухлинні клітини можуть:

• уникати сенесценції;
• виходити із сенесцентного стану в певних умовах;
• використовувати SASP навколишніх клітин;
• змінювати мікрооточення пухлини.

Тому сенесценція може бути одночасно протипухлинним механізмом і компонентом пухлинного мікрооточення.

Сенесценція після хіміотерапії

Деякі протипухлинні препарати викликають значне пошкодження ДНК.

У частини пухлинних клітин це призводить до апоптозу.

В інших клітинах може формуватися терапевтично індукована сенесценція.

Такі клітини не обов’язково гинуть, тому їхнє подальше існування та SASP можуть мати значення для відповіді на лікування.

Терапевтично індукована сенесценція

Therapy-induced senescence, або TIS, — сенесцентний стан, який виникає після впливу терапевтичних агентів.

Його можуть спричиняти:

• хіміотерапевтичні препарати;
• радіотерапія;
• деякі таргетні препарати;
• інші форми клітинного стресу.

Успішність лікування може залежати від того, чи будуть такі клітини згодом видалені імунною системою або іншими механізмами.

Сенесценція та імунна система

Імунна система відіграє подвійну роль.

Вона може:

• індукувати сенесценцію;
• розпізнавати сенесцентні клітини;
• видаляти їх;
• реагувати на SASP;
• змінюватися під впливом SASP.

Тому сенесценція є важливим компонентом взаємодії між клітиною та імунним мікрооточенням.

Імунний кліренс сенесцентних клітин

Сенесцентні клітини можуть експресувати сигнали, які сприяють їхньому розпізнаванню імунною системою.

У видаленні можуть брати участь:

• NK-клітини;
• CD8⁺ T-клітини;
• макрофаги;
• інші імунні клітини.

Ефективність цього процесу змінюється з віком.

Імунне уникнення

Сенесцентні клітини можуть змінювати експресію молекул, які впливають на їхнє розпізнавання.

Деякі з них можуть експресувати імуносупресивні сигнали або створювати мікрооточення, яке перешкоджає ефективному кліренсу.

Це може сприяти їхньому накопиченню.

Сенесцентні клітини та старіння

Сенесцентні клітини є одним із компонентів біологічного старіння.

З віком їхня кількість може збільшуватися в багатьох тканинах.

Причинами цього можуть бути:

• накопичення пошкодження;
• реплікативне старіння;
• зниження імунного кліренсу;
• зміни мікрооточення;
• метаболічні порушення.

Сенесцентне навантаження

Термін senescent burden використовують для опису кількості або функціонального впливу сенесцентних клітин у тканині.

Важливе не лише число клітин.

Навіть невелика кількість сенесцентних клітин може мати значний вплив, якщо вони продукують сильний SASP.

Тому сенесцентне навантаження є і кількісним, і функціональним поняттям.

SASP як фактор системного старіння

SASP може діяти локально або поширюватися системно.

Цитокіни та інші фактори можуть потрапляти в кров і впливати на віддалені тканини.

Так може формуватися зв’язок між локальним накопиченням сенесцентних клітин і системними віковими змінами.

Паракринний і системний вплив

Умовно можна виділити три рівні дії SASP:

автокринний — вплив на саму сенесцентну клітину;

паракринний — вплив на сусідні клітини;

системний — вплив на віддалені тканини через циркулюючі фактори.

Ця класифікація допомагає пояснити, чому локальна сенесценція може мати організмові наслідки.

SASP і позаклітинний матрикс

SASP може змінювати склад і структуру позаклітинного матриксу.

Можуть змінюватися:

• колагени;
• фібронектин;
• ламініни;
• протеоглікани;
• активність металопротеїназ.

Це може впливати на механічні властивості тканини та поведінку сусідніх клітин.

SASP і фактори росту

SASP може містити фактори, здатні стимулювати або пригнічувати проліферацію інших клітин.

Тому SASP не є просто «запальним коктейлем».

Він являє собою складну систему сигналів, яка може впливати на:

• ріст;
• диференціювання;
• міграцію;
• виживання;
• запалення;
• ремоделювання тканин.

SASP і ангіогенез

Деякі компоненти SASP можуть впливати на ангіогенез.

Залежно від контексту вони можуть стимулювати або пригнічувати утворення нових судин.

Це має значення для:

• загоєння ран;
• пухлинного мікрооточення;
• старіння;
• ішемічних процесів.

SASP і фіброз

Хронічний SASP може сприяти активації фібробластів та зміні позаклітинного матриксу.

Залежно від типу сенесцентних клітин та контексту це може сприяти фібротичному ремоделюванню.

Водночас тимчасовий SASP під час регенерації може мати протилежний ефект.

SASP і запальна мережа

SASP може активувати сусідні клітини, які самі починають продукувати запальні медіатори.

Тому виникає каскад:

сенесцентна клітина → SASP → активація сусідніх клітин → вторинне запалення → нові сигнали стресу → нові сенесцентні клітини.

Це один із можливих механізмів самопідтримання тканинного старіння.

«Заразність» сенесценції

Термін «заразна сенесценція» є умовним.

Сенесцентна клітина не передає сенесценцію як інфекцію.

Однак її SASP та інші сигнали можуть стимулювати сенесцентноподібні зміни в сусідніх клітинах.

Це явище називають паракринною передачею сенесцентного фенотипу.

Сенесценція і метаболічна пам’ять

Після тривалого стресу клітина може зберігати епігенетичні та транскрипційні зміни.

Вони можуть впливати на поведінку клітини навіть після припинення початкового стимулу.

Це частково пояснює стабільність сенесцентного стану.

Необоротність сенесценції

Сенесценцію традиційно визначали як необоротну зупинку проліферації.

Сучасні дослідження показують, що це визначення потребує уточнення.

Деякі клітини, які мають сенесцентноподібні характеристики, можуть за певних умов частково або повністю відновити проліферацію.

Тому стійка втрата проліферативної здатності є важливою, але контекст має принципове значення.

Вихід із сенесценції

Senescence escape — здатність клітини вийти із сенесцентноподібного стану та відновити проліферацію.

Це особливо важливо в онкології.

Якщо клітина після значного геномного пошкодження повертається до проліферації, вона потенційно може мати підвищений ризик трансформації.

Сенесценція та геномна нестабільність

Сенесцентна клітина зазвичай припиняє проліферацію саме для запобігання передачі пошкоджень дочірнім клітинам.

Однак тривале існування клітини з пошкодженою ДНК та можливість виходу із сенесценції можуть мати потенційні онкогенні наслідки.

Сенесценція і протеостаз

Сенесценція змінює систему контролю білків.

Можуть змінюватися:

• протеасомна активність;
• аутофагія;
• шаперони;
• лізосомна функція;
• синтез білків.

Порушення протеостазу може додатково посилювати клітинний стрес.

Сенесценція та аутофагія

Зв’язок між аутофагією та сенесценцією складний.

Аутофагія може:

• запобігати сенесценції, видаляючи пошкоджені компоненти;
• сприяти встановленню певних сенесцентних програм;
• підтримувати виживання вже сенесцентної клітини;
• впливати на SASP.

Тому аутофагію не можна однозначно класифікувати як «антисенесцентний» або «просенесцентний» процес.

Сенесценція і mTOR

mTOR сприяє росту та анаболізму клітин.

Його активність може підтримувати метаболічні та секреторні потреби сенесцентної клітини.

Інгібування mTOR у певних експериментальних моделях може змінювати сенесцентний фенотип та SASP.

Сенесценція і AMPK

AMPK є сенсором енергетичного стану.

Вона може впливати на:

• аутофагію;
• мітохондріальний метаболізм;
• синтез білків;
• стресову відповідь.

Через це AMPK є одним із регуляторів балансу між виживанням, сенесценцією та метаболічною адаптацією.

Сенесценція і NAD⁺

NAD⁺ необхідний для численних метаболічних і сигнальних процесів.

З віком рівень NAD⁺ у деяких тканинах може знижуватися.

Оскільки NAD⁺ бере участь у функціонуванні сиртуїнів, енергетичному метаболізмі та відповіді на пошкодження ДНК, його метаболізм досліджують у контексті старіння та сенесценції.

Сенесценція і сиртуїни

Сиртуїни є NAD⁺-залежними ферментами, які регулюють:

• хроматин;
• метаболізм;
• відповідь на стрес;
• мітохондріальну функцію;
• стабільність геному.

Зміни активності сиртуїнів можуть впливати на сенесцентні програми.

Сенесценція і аутофагічний кліренс

Сенесцентні клітини можуть мати порушений кліренс пошкоджених органел.

Це може сприяти:

пошкодження органел → ROS → DNA damage → сенесценція → SASP → запалення.

Тому клітинний кліренс і сенесценція тісно пов’язані.

Сенесценція і клітинний кліренс

Для організму важливо не лише утворити сенесцентну клітину, а й своєчасно її видалити.

Функціонально це можна описати як:

стрес → сенесценція → тимчасова функція → імунне розпізнавання → кліренс.

Порушення останнього етапу сприяє накопиченню сенесцентних клітин.

Сенесценція та ефероцитоз

Макрофаги можуть розпізнавати та поглинати сенесцентні клітини.

SASP може сприяти залученню імунних клітин, створюючи умови для їхнього видалення.

Проте хронічно сенесцентні клітини можуть набувати властивостей, які дозволяють їм уникати ефективного кліренсу.

Сенолітична терапія

Сенолітики — препарати або комбінації речовин, спрямовані на селективне знищення сенесцентних клітин.

Їхня концепція базується на тому, що сенесцентні клітини можуть залежати від певних антиапоптичних механізмів виживання.

Порушення цих механізмів може вибірково знищувати сенесцентні клітини.

Senolytics і senomorphics

Розрізняють два основні терапевтичні підходи.

Senolytics — намагаються знищити сенесцентні клітини.

Senomorphics, або senostatics — намагаються змінити патологічні властивості сенесцентних клітин, наприклад зменшити SASP, не обов’язково знищуючи саму клітину.

Сеноморфні підходи

Сеноморфні стратегії можуть бути спрямовані на:

• NF-κB;
• p38 MAPK;
• mTOR;
• JAK/STAT;
• інші регулятори SASP.

Їхня потенційна перевага полягає в можливості зменшити шкідливий секреторний вплив, зберігши корисні функції сенесцентних клітин.

Чому сенолітики не є простим «ліком від старіння»

Сенесцентні клітини мають фізіологічні функції.

Вони можуть брати участь у:

• розвитку;
• загоєнні;
• ремоделюванні;
• регуляції росту;
• протипухлинному захисті.

Тому повне системне знищення всіх сенесцентних клітин потенційно може бути шкідливим.

Мета майбутніх терапій — ймовірніше, селективне видалення патологічно накопичених сенесцентних клітин, а не повна елімінація сенесценції.

Проблема визначення сенесцентної клітини

Однією з основних проблем сучасної геронтології є відсутність одного універсального маркера сенесценції.

SA-β-gal може бути позитивною за інших станів.

p16 може експресуватися не лише в сенесцентних клітинах.

p21 також не є специфічним.

SASP може бути відсутнім або змінюватися.

Тому надійна ідентифікація сенесцентних клітин потребує комбінації незалежних ознак.

Панель маркерів

Для експериментальної ідентифікації сенесценції часто поєднують:

зупинку проліферації + SA-β-gal + p16/p21 + DNA damage response + зміни ядерної структури + SASP.

Конкретний набір залежить від клітинної моделі.

Гетерогенність сенесценції

Сенесценція є гетерогенним явищем.

Дві клітини можуть:

• мати однакову зупинку клітинного циклу;
• але різний SASP;
• різний метаболізм;
• різну тривалість життя;
• різну здатність взаємодіяти з імунною системою.

Тому сучасна наука дедалі частіше розглядає не «сенесцентну клітину» як один тип, а спектр сенесцентних станів.

Тканинна специфічність

Сенесцентна клітина в:

• мозку;
• печінці;
• жировій тканині;
• судинах;
• шкірі;
• кишечнику;

може мати різний молекулярний профіль.

Навіть клітини одного типу в різних тканинах можуть демонструвати різні SASP.

Часова динаміка сенесценції

Сенесценція не є статичним станом.

Її умовно можна поділити на:

ініціацію → встановлення → підтримання → старіння сенесцентної клітини → кліренс або, рідше, вихід із стану.

SASP також змінюється з часом.

Ранній SASP може істотно відрізнятися від пізнього.

Рання та пізня сенесценція

Після первинного стресу клітина спочатку може мати:

• тимчасову зупинку циклу;
• DNA damage response;
• метаболічний стрес.

Згодом встановлюється більш стабільний сенесцентний фенотип.

SASP часто формується поступово, тому відсутність SASP на ранньому етапі не обов’язково означає відсутність сенесценції.

Глибока сенесценція

За тривалого стресу сенесцентний стан може ставати дедалі стабільнішим.

Посилюються:

• епігенетична перебудова;
• зміни метаболізму;
• SASP;
• стійкість до апоптозу.

Це може зменшувати ймовірність повернення клітини до проліферації.

Сенесценція і запрограмована клітинна доля

Сенесценцію можна розглядати як один із варіантів відповіді на сильний стрес поряд із:

• відновленням;
• тимчасовою зупинкою;
• апоптозом;
• некроптозом;
• іншими формами клітинної загибелі.

Вибір залежить від типу клітини, інтенсивності та тривалості стимулу.

Фізіологічне значення сенесценції

Сенесценція може:

• запобігати пухлинній трансформації;
• обмежувати надмірну проліферацію;
• сприяти ремоделюванню тканин;
• регулювати загоєння;
• впливати на розвиток;
• залучати імунну систему;
• координувати тканинні відповіді на пошкодження.

Потенційно патологічне значення

Хронічне накопичення сенесцентних клітин може:

• підтримувати запалення;
• змінювати позаклітинний матрикс;
• пригнічувати регенерацію;
• змінювати функцію стовбурових клітин;
• порушувати міжклітинну комунікацію;
• сприяти фіброзу;
• змінювати функцію судин;
• впливати на нервову систему;
• створювати сприятливе мікрооточення для деяких пухлин.

Сенесценція та біологічне старіння

Сенесценція є одним із механізмів, які пов’язують клітинний рівень зі старінням організму.

Іншими важливими процесами є:

• геномна нестабільність;
• епігенетичні зміни;
• порушення протеостазу;
• мітохондріальна дисфункція;
• порушення nutrient sensing;
• виснаження регенеративного потенціалу;
• хронічне запалення;
• зміни міжклітинної комунікації.

Сенесценція тісно взаємодіє з усіма цими процесами.

Сенесценція як один із механізмів старіння

Сенесценцію не слід ототожнювати зі старінням.

Старіння організму — багаторівневий процес.

Сенесцентні клітини є одним із його компонентів, а SASP є одним із механізмів, через які клітинні зміни можуть впливати на тканинне та системне старіння.

Сенесценція та запальний фенотип старіння

З віком у багатьох організмів виникає тенденція до хронічного низькорівневого запалення.

Його часто називають inflammaging.

Накопичення сенесцентних клітин і SASP є одним із можливих джерел цього запального сигналу.

Однак inflammaging має багато інших причин, включно зі змінами імунної системи, мікробіоти, метаболізму та пошкодження тканин.

Взаємодія з мікробіомом

SASP та зміни тканинного мікрооточення потенційно можуть впливати на бар’єрні тканини й мікробіоту.

У свою чергу мікробні метаболіти та хронічні запальні сигнали можуть впливати на клітинний стрес і сенесцентні програми.

Це формує потенційний двонапрямний зв’язок між сенесценцією та мікробіомом.

Сенесценція і позаклітинні везикули

Сенесцентні клітини можуть змінювати секрецію позаклітинних везикул.

Вони можуть переносити:

• білки;
• ліпіди;
• мікроРНК;
• інші некодуючі РНК;
• сигнальні молекули.

Це створює ще один механізм міжклітинного поширення сенесцентних сигналів.

МікроРНК і сенесценція

МікроРНК можуть регулювати:

• p53;
• p21;
• p16;
• NF-κB;
• mTOR;
• інші компоненти сенесцентних програм.

Одночасно сенесцентний стан змінює профіль мікроРНК.

Таким чином, некодуючі РНК є важливою частиною регуляторної мережі сенесценції.

Некодуючі РНК

Окрім мікроРНК, у сенесценції можуть брати участь:

• довгі некодуючі РНК;
• circular RNA;
• інші регуляторні РНК.

Вони можуть впливати на хроматин, стабільність мРНК та активність сигнальних шляхів.

Сенесценція і протипухлинний імунітет

Сенесцентні клітини можуть експонувати сигнали, які дозволяють імунній системі їх розпізнати.

Це створює концепцію сенесцентно-асоційованого імунного нагляду.

Пошкоджена клітина:

або гине, або стає сенесцентною, а потім може бути видалена імунною системою.

Таким чином, сенесценція може бути проміжним етапом між пошкодженням і кліренсом.

Сенесценція і тканинний гомеостаз

У здоровій тканині має існувати баланс:

утворення сенесцентних клітин ↔ їхня функція ↔ їхній кліренс.

Якщо утворення перевищує кліренс, вони накопичуються.

Якщо сенесценція блокується там, де вона необхідна, може збільшитися ризик неконтрольованої проліферації.

Тому сенесценція є системою, яку організм повинен точно регулювати.

Сенесценція та гормональні сигнали

Гормональне та метаболічне середовище може впливати на сенесцентні програми.

Особливо важливими є:

• інсулін;
• IGF-1;
• глюкокортикоїди;
• статеві гормони;
• інші системні сигнали.

Їхній вплив залежить від тканини та контексту.

Сенесценція і нутрієнт-сенсинг

Сенесценція тісно пов’язана з системами, які визначають доступність поживних речовин.

Ключовими вузлами є:

• mTOR;
• AMPK;
• IGF-1;
• інсулінові сигнали;
• NAD⁺;
• сиртуїни.

Ці системи визначають, чи буде клітина спрямовувати ресурси на ріст, ремонт, виживання або стійку зупинку проліферації.

Сенесценція і метаболічна перебудова при старінні

Сенесцентні клітини можуть змінювати використання глюкози, жирних кислот та амінокислот.

Їхній метаболізм підтримує:

• виживання;
• секрецію SASP;
• підтримання мембран;
• роботу лізосом;
• стійкість до апоптозу.

Тому метаболічне перепрограмування є невід’ємною частиною сенесцентного фенотипу.

Чому SASP важливий

SASP перетворює сенесценцію з внутрішньоклітинного стану на міжклітинний сигнал.

Без SASP сенесцентна клітина переважно впливала б на власний стан.

Завдяки SASP вона може:

• змінювати сусідні клітини;
• залучати імунну систему;
• перебудовувати матрикс;
• впливати на регенерацію;
• підтримувати запалення;
• формувати мікрооточення тканини.

Корисний і шкідливий SASP

SASP не можна класифікувати винятково як шкідливий.

Фізіологічний SASP може:

• сприяти загоєнню;
• залучати імунні клітини;
• сприяти кліренсу сенесцентних клітин;
• регулювати ремоделювання.

Хронічний SASP може:

• підтримувати запалення;
• сприяти фіброзу;
• порушувати регенерацію;
• поширювати сенесцентний стан;
• змінювати функцію тканин.

Основний принцип сенесценції

Функціонально сенесценцію можна представити як послідовність:

стрес → розпізнавання пошкодження → зупинка клітинного циклу → перебудова метаболізму та хроматину → формування сенесцентного фенотипу → SASP → взаємодія з мікрооточенням → імунний кліренс.

Якщо клітина не видаляється, цикл може перейти у патологічну фазу:

накопичення сенесцентних клітин → хронічний SASP → запалення → тканинна дисфункція → нове пошкодження → додаткова сенесценція.

Відмінність між сенесценцією та SASP

Ці поняття пов’язані, але не тотожні.

Сенесценція — стан клітини з тривалою зупинкою проліферації та характерною перебудовою її функцій.

SASP — секреторна програма, яка часто супроводжує сенесценцію.

Не кожна сенесцентна клітина має однаковий SASP.

Так само деякі компоненти SASP можуть виникати за умов, які не відповідають повній сенесценції.

Відмінність між сенесценцією та inflammaging

Сенесценція — клітинний стан.

SASP — секреторний фенотип.

Inflammaging — системна тенденція до хронічного низькорівневого запалення при старінні.

Вони взаємопов’язані, але не є синонімами.

Відмінність між сенолітиками та засобами проти SASP

Сенолітики намагаються видалити сенесцентні клітини.

Сеноморфні засоби намагаються змінити їхній фенотип, наприклад зменшити SASP.

Ці стратегії можуть доповнювати одна одну.

Перспективи досліджень

Сучасні дослідження сенесценції зосереджені на:

• точній ідентифікації сенесцентних клітин;
• визначенні різних типів SASP;
• механізмах імунного кліренсу;
• селективних сенолітиках;
• сеноморфних підходах;
• ролі сенесценції в старінні;
• ролі сенесценції у раку;
• тканинно-специфічних сенесцентних програмах;
• взаємодії сенесценції з метаболізмом;
• ролі мітохондрій;
• cGAS–STING;
• епігенетичному контролі;
• взаємодії з мікробіомом.

Основні молекулярні осі

До найбільш важливих регуляторних систем сенесценції належать:

DNA damage → ATM/ATR → p53 → p21

p16 → CDK4/6 → RB

ROS → DNA damage та стресові сигнали

p38 MAPK → SASP

NF-κB → запальний SASP

cGAS → STING → TBK1/IRF3/NF-κB → SASP

mTOR/AMPK → метаболізм, аутофагія та SASP

Ці шляхи взаємодіють, а не функціонують незалежно.

Узагальнена модель

Сенесценцію можна уявити як біологічну систему з трьома основними фазами.

Перша фаза — захист.
Клітина виявляє пошкодження та припиняє проліферацію, щоб не передавати небезпечні зміни дочірнім клітинам.

Друга фаза — сигналізація.
Клітина перебудовує метаболізм і формує SASP, який може залучати імунну систему та впливати на тканину.

Третя фаза — кліренс або накопичення.
Імунна система та інші механізми мають видалити сенесцентну клітину. Якщо цього не відбувається, тривалий SASP може перетворити захисну реакцію на фактор хронічного тканинного ушкодження.

Клітинна сенесценція — складний, регульований стан стійкої зупинки проліферації, який виникає у відповідь на реплікативне виснаження, пошкодження ДНК, онкогенні сигнали, окисний та інші види стресу. Вона є важливим механізмом протипухлинного захисту та бере участь у розвитку, регенерації й ремоделюванні тканин.

SASP — один із головних механізмів, завдяки якому сенесцентні клітини впливають на навколишнє середовище. Він включає цитокіни, хемокіни, фактори росту, протеази та інші сигнальні молекули. SASP може бути фізіологічно корисним при короткочасній сенесценції, але його тривала активація здатна підтримувати запалення, змінювати позаклітинний матрикс, порушувати регенерацію та сприяти віковій дисфункції.

Найважливішою особливістю сенесценції є її контекстна та гетерогенна природа. Не існує єдиного універсального маркера або єдиного SASP-профілю. Сенесцентні клітини різних тканин і різного походження можуть мати принципово різні властивості.

З погляду біології старіння сенесценцію доцільно розглядати не як простий «механізм старіння», а як еволюційно сформовану захисну програму, яка за нормальних умов допомагає контролювати пошкоджені клітини, але при порушенні її регуляції та недостатньому кліренсі може ставати джерелом хронічного тканинного стресу. Саме тому сучасні дослідження спрямовані не на повне усунення сенесценції, а на розуміння того, які сенесцентні клітини є патологічними, які функції SASP є шкідливими, як відбувається їхній імунний кліренс і чи можна вибірково модулювати ці процеси.