Φυσιολογία της γήρανσης
Authors: Κατσίκη Μαγδαληνή 
Published: August 2021

Η γήρανση αποτελεί μια φυσιολογική, μη αναστρέψιμη διαδικασία που δεν κάνει διακρίσεις, εμφανίζεται σε όλους τους οργανισμούς, ξεκινώντας από τα κατώτερα ασπόνδυλα (π.χ. νηματώδεις σκώληκες) κι επηρεάζεται τόσο από γενετικούς όσο και περιβαλλοντικούς παράγοντες. Ειδικότερα, η γήρανση όλων των πολυκύτταρων οργανισμών περιλαμβάνει διάφορα στάδια, τα οποία χαρακτηρίζονται από μη αντιστρεπτές μεταβολές στην ανατομία, στη φυσιολογία αλλά και στην προσαρμοστικότητα τους. Η γήρανση αφορά πολλαπλά όργανα και ιστούς και τελικά οδηγεί σε προοδευτικό και γενικευμένο εκφυλισμό της κυτταρικής ομοιοστασίας, δηλαδή της ικανότητας του οργανισμού να διατηρεί τη δομική και λειτουργική του ακεραιότητα. Τα βαρέα μέταλλα χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία και αντιπροσωπεύουν μία σημαντική ομάδα εργασιακών ρύπων, καθώς εμπλέκονται σε διάφορες παθολογικές καταστάσεις, όπως η καρκινογένεση και οι ιστικές δυσλειτουργίες. Ωστόσο, η γνώση που αφορά στη συσχέτιση της δράσης των βαρέων μετάλλων με τη γήρανση είναι περιορισμένη. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, βρέθηκε ότι εργάτες, που χρόνια εκτίθενται σε εξασθενές χρώμιο, παρουσιάζουν στον ορρό σημαντικά μειωμένα επίπεδα της απολιποπρωτεΐνης J/κλαστερίνης, που αποτελεί δείκτη της αναδιπλασιαστικής γήρανσης και της κυτταρικής επιβίωσης. Επιπλέον, βρέθηκε ότι ο βαθμός και ο χρόνος της έκθεσης στο εξασθενές χρώμιο συσχετίζονται αρνητικά με τα επίπεδα της απολιποπρωτεΐνης J/κλαστερίνης στον ορρό. Προκειμένου να μελετηθεί η επίδραση του εξασθενούς χρωμίου στην αναδιπλασιαστική γήρανση, φυσιολογικοί ανθρώπινοι ινοβλάστες δέρματος από δύο ενήλικους δότες καθώς και εμβρυϊκοί ινοβλάστες καλλιεργήθηκαν παρουσία του μετάλλου σε διάφορες συγκεντρώσεις, που προσεγγίζουν τις τιμές στο αίμα των εκτεθειμένων εργατών. Η επίδραση στα κύτταρα του εξασθενούς χρωμίου, σε συγκέντρωση που προσεγγίζει τη μέγιστη στο αίμα, ήταν εξαιρετικά τοξική και οδήγησε σε κυτταρικό θάνατο. Ενδιαφέρον παρουσίασε το γεγονός ότι συνεχής επίδραση με υποδεκαπλάσια συγκέντρωση εξασθενούς χρωμίου οδήγησε σε πρώιμα επαγόμενη γήρανση. Συγκεκριμένα, τα κύτταρα παρουσίασαν αναστολή αύξησης, απέκτησαν φαινότυπο ανάλογο του γηρασμένου, ήταν θετικά σε χρώση β- γαλακτοσιδάσης, συσσώρευσαν οξειδωμένες πρωτεΐνες και υπερέκφρασαν τον αναστολέα της κυκλινοεξαρτώμενης κινάσης p21 και την απολιποπρωτεΐνη J. Παρόμοια επίδραση με δισθενές κάδμιο οδήγησε σε επαγωγή πρώιμης γήρανσης, που όμως δε βρέθηκε να ισχύει στην περίπτωση του δισθενούς κασσίτερου και του δισθενούς μολύβδου. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι η έκθεση σε εξασθενές χρώμιο επάγει μεταβολές σε δείκτες της γήρανσης τόσο in vivo όσο και in vitro. Επίσης, παρέχουν χρήσιμα εργαλεία για την εκτίμηση των κυτταροτοξικών επιδράσεων του εξασθενούς χρωμίου in vivo, καθώς επίσης για την αναθεώρηση των μέγιστων επιτρεπτών ορίων σε εργασιακούς ρύπους, όπως το εξασθενές χρώμιο και το δισθενές κάδμιο. Η εμφάνιση της αναδιπλασιαστικής γήρανσης μπορεί να επαχθεί πρόωρα από έκθεση των κυττάρων σε πληθώρα οξειδωτικών παραγόντων που συμβάλλουν, μεταξύ άλλων επιδράσεών τους, στη συσσώρευση «κατεστραμμένων», μη λειτουργικών πρωτεϊνών. Το πρωτεόσωμα, μία πολυπρωτεϊνική μη-λυσοσωμική πρωτεάση, είναι υπεύθυνο για την αποικοδόμηση φυσιολογικών και παθολογικών πρωτεϊνών. Το πρωτεόσωμα παρουσιάζει μειωμένη λειτουργία κατά τη διάρκεια της γήρανσης, ενώ η αυξημένη έκφρασή του φαίνεται να καθυστερεί τη γήρανση σε ανθρώπινους ινοβλάστες. Η σωστή πρωτεοσωμική λειτουργία είναι σημαντική για τη διατήρηση της κυτταρικής ομοιοστασίας και για το λόγο αυτό η ταυτοποίηση φυσικών ουσιών που ενεργοποιούν το πρωτεόσωμα αποτέλεσε βασικό στόχο της διατριβής. Έτσι, δείχθηκε ότι η ολεουροπεΐνη, το κύριο συστατικό του εκχυλίσματος των φύλλων της Olea europaea, ενισχύει τις πρωτεοσωμικές ενεργότητες in vitro, πιθανά μέσω διαμορφωτικών αλλαγών που επάγει στη δομή του πρωτεοσώματος. Επιπλέον, η συνεχής επίδραση ανθρώπινων εμβρυϊκών ινοβλαστών με ολεουροπεΐνη μειώνει τα ενδοκυτταρικά επίπεδα των ελευθέρων ριζών οξυγόνου και τις οξειδωμένες πρωτεΐνες και διατηρεί την πρωτεοσωμική λειτουργία κατά την αναδιπλασιαστική γήρανση. Είναι αξιοσημείωτο ότι κύτταρα που καλλιεργήθηκαν με ολεουροπεΐνη παρουσίασαν καθυστέρηση στην εμφάνιση του γηρασμένου φαινοτύπου και επιμήκυνση στο προσδόκιμο ζωής τους κατά 15%. Με βάση αυτά τα δεδομένα, συμπεραίνεται ότι η ολεουροπεΐνη ενισχύει το δευτερογενή αντιοξειδωτικό ρόλο του πρωτεοσώματος. Επίσης, δείχθηκε ότι το ουρσολικό οξύ, το κύριο συστατικό του εκχυλίσματος του Eucalyptus camaldulensis, ενεργοποιεί το πρωτεόσωμα σε επίπεδο μεταγραφής, μέσω του μεταγραφικού παράγοντα Nrf2, ο οποίος προσδένεται σε αλληλουχίες ARE στους υποκινητές των πρωτεοσωμικών γονιδίων. Κατά αντιστοιχία με την ολεουροπεΐνη, το ουρσολικό οξύ επιμηκύνει το προσδόκιμο ζωής των κυττάρων, μειώνει το οξειδωτικό φορτίο και αυξάνει τις ενεργότητες αντιοξειδωτικών ενζύμων και διατηρεί την πρωτεοσωμική λειτουργία κατά την αναδιπλασιαστική γήρανση. Συνοπτικά, τα παραπάνω δεδομένα καταδεικνύουν τις ευεργετικές δράσεις της ολεουροπεΐνης και του ουρσολικού οξέος σε κύτταρα κατά την αναδιπλασιαστική γήρανση και παρέχουν νέες δυνατότητες στην ενίσχυση και ενεργοποίηση κυτταρικών αντιοξειδωτικών μηχανισμών από φυσικές ουσίες. Ωστόσο, στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν, εκτός της ολεουροπεΐνης και του ουρσολικού οξέος, διάφορα εκχυλίσματα από φυτά της ελληνικής χλωρίδας και φυσικές ουσίες που απομονώθηκαν από αυτά σε σχέση με την εμφάνιση του φαινομένου της αναδιπλασιαστικής γήρανσης. Για τα εκχυλίσματα αυτά και τις καθαρές ουσίες δε βρέθηκε εμφανής επίδρασή τους στην εξέλιξη του φαινομένου της γήρανσης. Έτσι, στην παρούσα διδακτορική διατριβή προσδιορίστηκαν ουσίες που προάγουν τη διαδικασία της γήρανσης (εξασθενές χρώμιο, δισθενές κάδμιο), καθώς και ουσίες που την καθυστερούν (ολεουροπεΐνη και ουρσολικό οξύ). Οι ουσίες αυτές βρέθηκε να επηρεάζουν θετικά (βαρέα μέταλλα) ή αρνητικά (ολεουροπεΐνη και ουρσολικό οξύ) τη συσσώρευση οξειδωμένων πρωτεϊνών στα κύτταρα, υποδεικνύοντας πιθανή αλληλεπίδραση με τους αντιοξειδωτικούς μηχανισμούς του κυττάρου. Έτσι, εξωγενείς περιβαλλοντικοί παράγοντες βρέθηκαν να επηρεάζουν σημαντικά την αναδιπλασιαστική γήρανση, προσφέροντας μας νέες δυνατότητες για παρέμβαση στη διαδικασία της γήρανσης.