پیری و اتصالات سلولی PDF

‫‪1‬‬ ‫پیری و تلومر‬  ‫‪2‬‬ ‫پیری سلولی‬ ‫پیری سلولی یکی از فرآیندهای پیچیدهای است که در نتیجه کاهش طول تلومرها و تغییرات مولکولی در داخل‬ ‫سلولها اتفاق میافتد‪.‬این پدیده در نتیجه کاهش توانایی سلولها برای تک...

‫‪1‬‬ ‫پیری و تلومر‬  ‫‪2‬‬ ‫پیری سلولی‬ ‫پیری سلولی یکی از فرآیندهای پیچیدهای است که در نتیجه کاهش طول تلومرها و تغییرات مولکولی در داخل‬ ‫سلولها اتفاق میافتد‪.‬این پدیده در نتیجه کاهش توانایی سلولها برای تکثیر مجدد به وجود میآید و باعث ایجاد‬ ‫تغییرات قابل مشاهده در ساختار و عملکرد سلولها میشود‪.‬‬ ‫سلولهای پیر اغلب وارد مرحله ‪ G0‬از چرخه سلولی میشوند‪ ،‬جایی که بهطور دائمی از تقسیم خارج میشوند‪،‬‬ ‫اما هنوز زنده اند و متابولیک فعال هستند‪.‬‬ ‫مکانیسمهای مختلفی که در پیری سلولی دخیل هستند شامل تجمع آسیبهای ‪ ،DNA‬کاهش توانایی تعمیر‬ ‫‪ ،DNA‬کاهش سطح انرژی (بهویژه در میتوکندریها) و افزایش پاسخهای التهابی میشوند‪.‬‬ ‫این تغییرات باعث کاهش کارایی سلولها در حفظ هموستازی بدن و توانایی بازسازی بافتها میشود‪.‬‬  ‫‪3‬‬ ‫تلومراز یک ریبونوکلئاز است که بهطور خاص به محافظت از تلومرها و جلوگیری از کاهش تدریجی طول آنها کمک میکند‪.‬‬ ‫این آنزیم ترکیبی از ‪ RNA‬و پروتئین است که از دو بخش اصلی تشکیل شده‪:‬‬ ‫یک ‪ RNA‬کاتالیتیک که حاوی دنبالههای مکمل به تلومر است‪.‬‬ ‫یک پروتئین آنزیمی که فعالیت پلیمراز را برای افزودن تکرارهای ‪ DNA‬جدید به انتهای کروموزومها فراهم میآورد‪.‬‬ ‫تلومراز با استفاده از الگوی ‪ RNA‬خود (که یک نسخه مکمل از دنبالههای تلومری است) شروع به افزودن تکرارهای ‪ TTAGGG‬به‬ ‫انتهای کروموزومها میکند‪.‬‬ ‫این فرآیند بهویژه در سلولهای جنسی‪ ،‬سلولهای بنیادی و سلولهای سرطانی بسیار فعال است‪.‬‬ ‫در سلولهای بالغ‪ ،‬بیشتر سلولها فاقد فعالیت تلومراز هستند یا سطح آن بهطور قابلمالحظهای پایین است‪ ،‬که این امر باعث کوتاه شدن‬ ‫تدریجی تلومرها و در نهایت ورود سلولها به پیری سلولی میشود‪.‬‬ ‫‪4‬‬ ‫تلومراز یک آنزیم رونوشتدهی معکوس (ریورس ترانسکریپتاز) است که مسئول حفظ طول تلومرها‪ ،‬بخشهای انتهایی‬ ‫کروموزومها‪ ،‬میباشد‪.‬تلومرها توالیهای تکراری از ‪ DNA‬هستند که از آسیب دیدن اطالعات ژنتیکی در طی تقسیم سلولی‬ ‫جلوگیری میکنند‪.‬هر بار که سلول تقسیم میشود‪ ،‬بخشی از تلومرها کوتاه میشود‪ ،‬و این امر به مرور زمان به پیری سلولی و‬ ‫در نهایت مرگ سلول منجر میشود‪.‬عملکرد تلومراز در بازسازی این تلومرها و جلوگیری از کوتاه شدن آنها در طی‬ ‫تقسیمات سلولی‪ ،‬بسیار مهم است‪.‬‬ ‫عملکرد تلومراز‪:‬‬ ‫اتصال به تلومر‪ :‬آنزیم تلومراز به انتهای تلومر (بخشی از کروموزوم که شامل توالیهای تکراری است) متصل میشود‪.‬‬ ‫استفاده از ‪ RNA‬الگو‪ :‬بخش ‪ RNA‬تلومراز به عنوان الگو برای ساختن توالیهای تکراری جدید استفاده میشود‪.‬آنزیم‬ ‫از ‪ RNA‬خود برای اضافه کردن واحدهای نوکلئوتیدی تکراری به انتهای تلومرها استفاده میکند‪.‬با اضافه کردن این‬ ‫توالیهای تکراری جدید‪ ،‬طول تلومرها حفظ میشود‪ ،‬به طوری که از کوتاه شدن آنها در هنگام تقسیم سلولی جلوگیری‬ ‫میشود‪.‬پس از افزودن توالیهای تکراری‪ ،‬مکانیسمهای دیگر از جمله ‪ DNA‬پلیمراز و دیگر پروتئینهای ترمیمی عمل‬ ‫کرده و ‪ DNA‬جدید را تکمیل و تثبیت میکنند‪.‬‬  ‫‪5‬‬ ‫نقش تلومراز در پیشگیری از پیری‬ ‫تلومراز در سلولهای جنسی و سلولهای بنیادی نقش کلیدی در حفظ طول تلومرها و جلوگیری از پیری سلولی‬ ‫ایفا میکند‪.‬بهطور خاص‪ ،‬در سلولهای جنسی (اسپرم و تخمک) و سلولهای بنیادی‪ ،‬تلومراز فعالیت بیشتری دارد‬ ‫که این امر بهطور مستقیم در بازسازی بافتها و حفظ توانایی تکثیر سلولی در طول زندگی فرد مؤثر است‪.‬‬ ‫سلولهای بنیادی به دلیل وجود تلومراز فعال‪ ،‬قادر به تقسیمهای بیپایان و تولید سلولهای جدید برای بازسازی‬ ‫بافتها هستند‪.‬این ویژگی برای حفظ هومئوستازی بافتی و ترمیم آسیبهای بافتی پس از جراحات یا بیماریها‬ ‫حیاتی است‪.‬‬ ‫‪6‬‬ ‫نقش تلومراز در سرطان‬ ‫یکی از ویژگیهای شایع سلولهای سرطانی‪ ،‬فعال بودن تلومراز است‪.‬‬ ‫در اکثر سلولهای سرطانی‪ ،‬تلومراز بهطور غیرطبیعی فعال میشود که به این سلولها اجازه میدهد که بدون‬ ‫محدودیتهای طبیعی تکثیر شوند‪.‬‬ ‫این امر باعث میشود که سلولهای سرطانی بتوانند تلومرهای خود را ترمیم کرده و از فرسایش تدریجی آنها‬ ‫جلوگیری کنند‪.‬‬ ‫در واقع‪ ،‬فعال شدن تلومراز یکی از ویژگیهای اصلی سرطانهای تهاجمی و سرطانهای مقاوم به درمان است‪.‬‬ ‫به همین دلیل‪ ،‬تلومراز بهعنوان یک هدف درمانی بالقوه در تحقیقات ضدسرطان مطرح است‪.‬‬ 7 ‫اتصاالت سلولی‬ Cell Junctions ‫‪8‬‬ ‫اتصاالت سلولی به ساختارهایی گفته میشود که سلولها را به یکدیگر متصل کرده و‬ ‫ارتباطات فیزیکی و عملکردی بین آنها برقرار میکنند‪.‬‬ ‫این اتصاالت‪ ،‬از طریق پروتئینهای خاص‪ ،‬نقش حیاتی در حفظ یکپارچگی بافتها‪ ،‬انتقال‬ ‫سیگنالهای سلولی‪ ،‬و تنظیم فرآیندهای فیزیولوژیکی مختلف ایفا میکنند‪.‬‬ ‫به عبارت دیگر‪ ،‬اتصاالت سلولی به سیستمهای مولکولی گفته میشود که سلولها را به‬ ‫هم پیوند داده و به آنها امکان میدهند تا بهطور هماهنگ در ساختارهای بزرگتر (بافتها‬ ‫و اندامها) عمل کنند‪.‬‬ ‫این اتصاالت به صورت مستقیم یا غیرمستقیم به تنظیم و کنترل ویژگیهای سلولی‪،‬‬ ‫همچون رشد‪ ،‬تمایز و پاسخ به محیط اطراف‪ ،‬کمک میکنند‪.‬‬  ‫‪9‬‬ ‫‪ CAM‬ها (مولکولهای چسبندگی سلولی) به چهار دسته اصلی تقسیم میشوند‪.‬‬ ‫کادهرین ها )‪ : (Cadherins‬این پروتئینها عمدتاً در چسبندگی سلول به سلول نقش دارند و به صورت وابسته به کلسیم عمل میکنند‪.‬‬ ‫کادهرینها به اتصاالت سلول‪ -‬سلول در بافتهای اپیتلیال‪ ،‬عصبی‪ ،‬و عضالنی کمک میکنند‪.‬در اتصاالت هموفیلیک و هتروفیلیک نقش دارند‪.‬‬ ‫ویژگی اصلی این پروتئینها‪ ،‬توانایی آنها در تشکیل پیوندهای پایدار میان سلولها است‪.‬از انواع آنها میتوان به ‪-E‬کادهرین‪-N /‬کادهرین‪-R/‬‬ ‫کادهرین‪ /‬دسموکولین و دسموگلین اشاره کرد‪.‬‬ ‫اینتگرینها )‪:(Integrins‬‬ ‫این پروتئینها به اتصال سلولها به ماتریکس خارج سلولی )‪ (ECM‬کمک میکنند‪.‬اینتگرینها به فرآیندهایی مانند سیگنالدهی سلولی‪ ،‬حرکت‬ ‫سلولها و چسبندگی به ‪ ECM‬وابسته هستند‪.‬شامل دو زیرواحد آلفا و بتا هستند‪.‬از طریق قلمرو داخلیشان به پروتئین های الفا اکتینین‪/‬‬ ‫فیالمین‪ /‬تالین متصلند و از طریق قلمرو های خارجی به پروتئین های ماتریکس خارجی مثل کالژن‪ /‬المینین‪ /‬فیبرونکتین متصلند‪.‬این پروتئینها‬ ‫میتوانند به طور مستقیم بر عملکرد سلولها و تعامالت آنها با محیط خارج تأثیر بگذارند‪.‬‬ ‫سلکتینها)‪ : ( Selectins‬سلکتینها در پاسخهای التهابی و چسبندگی سلولهای خون به دیواره عروق در طی فرایندهای التهابی نقش دارند(‬ ‫عبور لکوسیت ها از مویرگ و ورود آنها به بافت همبند)‪.‬آنها اغلب در فرآیندهای مهاجرت سلولی و تعامالت سلولهای ایمنی با بافتها و عروق‬ ‫عمل میکنند‪.‬در چسبیدن رویان به دیواره رحم مادر در پستانداران نیز دخیل هستند‪.‬شامل ‪ 3‬نوع اند‪-P :‬سلکتین‪- E/‬سلکتین‪- L/‬سلکتین‬ ‫ایمونوگلوبولینها )‪:(Immunoglobulin-like CAMs‬‬ ‫این پروتئینها شبیه ایمونوگلوبولینها (آنتیبادیها) هستند و بیشتر در ارتباطات سلولهای عصبی و سلولهای ایمنی نقش دارند‪.‬این دسته‬ ‫شامل پروتئینهایی مانند )‪ NCAM (Neural Cell Adhesion Molecule‬میشود که در توسعه سیستم عصبی و چسبندگی سلولهای‬ ‫عصبی اهمیت دارند‪.‬‬ ‫‪10‬‬ ‫ماتریکس خارج سلولی )‪ ( ECM‬مجموعهای از مولکولها است که در فضای خارج سلولی قرار دارد و به سلولها کمک میکند تا ساختار خود را‬ ‫حفظ کنند و عملکردهای مختلف بیولوژیکی را انجام دهند‪.‬‬ ‫‪ ECM‬نقش مهمی در حمایت ساختاری‪ ،‬تنظیم سیگنالدهی سلولی‪ ،‬و تنظیم رفتار سلولها در فرآیندهایی مانند تمایز‪ ،‬مهاجرت‪ ،‬و ترمیم بافت‬ ‫ایفا میکند‪.‬‬ ‫ماتریکس خارج سلولی به طور کلی به دو دسته اصلی تقسیم میشود‪:‬‬ ‫الف) ‪ ECM‬نرم )‪ :(Soft ECM‬این نوع ‪ ECM‬در بافتهایی یافت میشود که نیاز به انعطافپذیری و کشسانی دارند‪.‬نمونههایی از بافتهای‬ ‫نرم شامل بافتهای چربی‪ ،‬عضالنی‪ ،‬و بافتهای عصبی میباشد‪.‬در این نوع ‪ ،ECM‬ویژگیهای انعطافپذیری و جذب فشار اهمیت دارند‪.‬‬ ‫کالژن نوع ‪ : I‬در بافتهای نرم مانند پوست و تاندونها یافت میشود‪.‬‬ ‫االستین‪ :‬این پروتئین مسئول انعطافپذیری و کشسانی در بافتهای نرم است‪.‬‬ ‫گلیکوزآمینوگلیکانها )‪ :(GAGs‬این مولکولها به جذب آب کمک میکنند و به ‪ ECM‬خاصیت ژلهای میدهند‪.‬‬ ‫ب) ‪ ECM‬سخت )‪ :(Stiff ECM‬این نوع ‪ ECM‬در بافتهایی یافت میشود که نیاز به استحکام و پایداری دارند‪.‬مثالً در بافتهای استخوانی و‬ ‫غضروفی‪ ECM ،‬به عنوان ساختار پشتیبان و مقاوم عمل میکند‪.‬‬ ‫کالژن نوع ‪ : II‬این نوع کالژن بیشتر در غضروفها یافت میشود و مسئول استحکام و انعطافپذیری بافتهای غضروفی است‪.‬‬ ‫کالژن نوع ‪ : I‬در استخوانها و تاندونها بهطور غالب یافت میشود و باعث افزایش استحکام و سختی بافتهای این مناطق میشود‪.‬‬ ‫فیبرونکتینها‪ :‬این پروتئینها در ‪ ECM‬سخت نقش دارند و به چسبندگی سلولها به ماتریکس کمک میکنند‪.‬‬ 11 ‫‪12‬‬ ‫انواع اتصاالت سلولی از لحاظ شکل و وسعت ناحیه تماس‪:‬‬ ‫الف) ماکوال )‪ : (Macula‬یا اتصاالت موضعی‪.‬به صورت نقطه ای با گستردگی محدود هستند‪.‬‬ ‫ب) زونوال )‪ : (Zonula‬یا کمربندی‪.‬به صورت نواری در پیرامون سلول هستند‪.‬‬ ‫ج) فاشیا )‪ : (Fascia‬اتصاالت صفحه ای با گستردگی بیشتری نسبت به ماکوال و نامنظم اند‪.‬‬ ‫‪13‬‬ ‫انواع اتصاالت سلولی از لحاظ عملکرد‪ /‬فضای بین غشایی‪ /‬ماهیت تماس‬ ‫الف) اتصاالت مسدود کننده یا انسدادی ‪Occluding Junction‬‬ ‫ب) اتصاالت لنگری یا چسبنده یا تکیه گاهی ‪Anchoring Junction/ Adheren Junction‬‬ ‫ج) اتصاالت باز یا فاصله دار یا ارتباط دهنده ‪Communicating/Nexus Junction/Gap Junction‬‬ 14 ‫‪15‬‬ ‫الف) اتصاالت مسدود کننده یا انسدادی‬ ‫این اتصاالت به دو دسته تقسیم میشوند ‪:‬‬ ‫الف) اتصاالت محکم ) ‪ :(Tight Junction‬در بافت پوششی مهره داران دیده میشود‪.‬‬ ‫ب ) اتصاالت دیواره دار )‪ : (Septate Junction‬اتصاالت دیواره دار در بافت پوششی بی مهرگان مثل حشرات‬ ‫دیده میشود‪.‬‬ ‫‪16‬‬ ‫اتصال محکم یا ناحیهای یا مسدود کننده کمربندی ) ‪:(Tight Junction‬‬ ‫این نوع اتصال سلولی بیشتر در سلولهای اپیتلیالی و اندوتلیالی یافت میشود‪.‬‬ ‫در بافت هایی مثل دیواره پوششی روده و رگ های خونی وجود دارند‪.‬‬ ‫هدف اصلی این اتصاالت‪ ،‬جلوگیری از نشت مواد بین سلولها و حفظ یکپارچگی بافت است‪.‬‬ ‫اتصالهای محکم مرز بین دو بخش مختلف بدن را ایجاد میکنند‪.‬‬ ‫اتصالهای محکم از پروتئینهای مختلفی تشکیل شدهاند که به یکدیگر متصل میشوند و مانع از نفوذ مواد بین‬ ‫سلولها میگردند‪.‬از پروتئینهایی چون ‪ Claudins‬و ‪ Occludins‬و ‪ Jam‬و ‪ Zo‬تشکیل شده است‪.‬‬ ‫پروتئین مرکزی در این اتصال کلودین ها هستند که پروتئین های تراغشایی بوده و در قلمرو خارج سلولی خود به‬ ‫صورت حلقه هایی در می آیند تا مجرایی باشد برای عبور انتخابی مولکول ها‪.‬و به همراه آکلودین کمربندی‬ ‫دورتادور سلول ایجاد میکنند تا عبور مواد را کنترل کنند و در قطبیت سلول نقش دارند‪.‬اگر قلمرو درون سلولی به‬ ‫پروتئین های سیتوزولی ‪ Zo‬متصل شود میتوانند به رشته های اکتین در اسکلت سلولی متصل شوند‪.‬‬ 17 18 19 20 ‫‪21‬‬ ‫ب) اتصاالت چسبنده یا لنگری یا تکیه گاهی ‪: Adherens Junction‬‬ ‫این نوع اتصال باعث اتصال مکانیکی سلول ها و اسکلت سلولی آن ها به سلول کناری یا به ماتریکس میشود‪.‬‬ ‫از این اتصاالت برای مقاومت در برابر کششهای مکانیکی در بافتهای اپیتلیال و عضالنی استفاده میشود‪.‬‬ ‫این اتصاالت نقش مهمی در حفظ شکل و ساختار بافتها دارند‪.‬‬ ‫اتصاالت چسبنده توسط پروتئینهایی به نام ‪ Cadherins‬ایجاد میشوند که باعث اتصال سلولها به یکدیگر‬ ‫میشوند‪.‬پروتئینهای اصلی این اتصال‪ Cadherins ،‬مثل ‪ E-cadherin‬هستند که به پروتئینهای داخل‬ ‫سلولی متصل شده و شبکهای از فیالمینها و کاتنینها تشکیل میدهند‪.‬‬ ‫‪22‬‬ ‫به دو دسته تقسیم میشوند‪:‬‬ ‫الف) اتصال سلول به سلول( دسموزوم ها ‪:)Desmosome‬‬ ‫دسموزومها نوعی اتصال محکم هستند که بهویژه در بافتهایی که به کشش و فشار مکانیکی نیاز دارند‪ ،‬یافت‬ ‫میشوند‪.‬این اتصاالت از پروتئینهای ‪ Desmocollins‬و ‪ Desmogleins‬که نوعی از ‪ Cadherins‬هستند‪،‬‬ ‫ساخته میشوند و از طریق پروتئینهای داخل سلولی مانند ‪ Plakoglobin‬و ‪ Desmoplakin‬به فیالمنتهای‬ ‫واسطهای )‪ ) Intermediate filaments‬متصل میشوند‪.‬‬ ‫ب) اتصال سلول به ماتریکس( همی دسموزوم‪:) Hemidesmosome‬‬ ‫این نوع اتصال بیشتر در سلولهای اپیتلیالی یافت میشود و بین سلولهای اپیتلیال و ماتریکس خارج سلولی )‪(ECM‬‬ ‫اتصال برقرار میکند‪.‬اتصالهای همی دسموزوم از پروتئینهایی مانند ‪ Integrins‬استفاده میکنند که به ماتریکس خارج‬ ‫سلولی متصل میشوند‪.‬‬ ‫در بافتهای اپیتلیالی پوست و الیههای داخلی دستگاههای مختلف بدن از جمله ریهها و دستگاه گوارش نقش دارند‪.‬‬ 23 24 25 26 ‫‪27‬‬ ‫ج) اتصاالت باز یا فاصله دار یا ارتباط دهنده ‪GAP JUNCTION‬‬ ‫در تمام جانوران پرسلولی دیده میشود‪.‬‬ ‫سلول های اپی تلیالی پوست‪ /‬ماهیچه های قلبی‪ /‬استخوان‪ /‬غدد درون ریز و برون ریز‪ /‬لوله های معده ای و روده ای‪ /‬مجاری ادراری و‪....‬‬ ‫از این اتصاالت برای ارتباط خود استفاده میکنند‪.‬‬ ‫از استوانه های پروتئینی شش ضلعی تشکیل شده اند ( ‪ 6‬زیرواحد‪ /‬هگزامر)‬ ‫در هر اتصال فاصله دار‪ ،‬غشای پالسمایی دو سلول مجاورهم با ساختار استوانه ای و روزنه داری به نام کانکسون ‪ Connexon‬محکم به‬ ‫هم متصل شده اند‪.‬هر کانکسون ‪ 17‬نانومتر طول و ‪ 7‬نانومتر قطر دارد و از اجتماع پروتئین شش زیرواحدی به نام کانکسین ‪Connexin‬‬ ‫تشکیل شده است‪.‬‬ ‫از منافذ این اتصاالت مولکول هایی با وزن مولکولی ‪ 1500‬کیلودالتون توانایی عبور دارند‪.‬‬ ‫در سلول های گیاهی مجاری ارتباط دهنده پالسمودسم نامیده میشود ( جمع‪ :‬پالسمودسماتا)‪.‬‬ 28 29 30