pH КУЛЬТУРАЛЬНОЙ СРЕДЫ И “СТАЦИОНАРНОЕ”/ХРОНОЛОГИЧЕСКОЕ СТАРЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ КЛЕТОК

Существует точка зрения, согласно которой хронологическое старение (ХС) дрожжей и “стационарное” старение (СС) культивируемых клеток человека и животных являются следствием закисления ростовой среды. Однако целый ряд появившихся в последнее время работ свидетельствует о том, что этот процесс хотя и влияет в определенной степени на скорость “старения” клеток в стационарной фазе, но не определяет его полностью. По-видимому, определяющим фактором здесь является ограничение клеточной пролиферации, которое приводит к “старению” клеток даже в физиологически оптимальных условиях. При ХС дрожжей и при СС клеток млекопитающих ростовая среда закисляется до pH≤4. Если не допускать накопления кислоты в среде, можно увеличить продолжительность жизни культуры, однако клетки всё равно будут вымирать, только с меньшей скоростью. Наблюдаемые эффекты закисления среды при ХС и СС могут объясняться активацией высоко консервативных сигнальных путей роста, приводящих к развитию окислительного стресса, а эти процессы, в свою очередь, могут быть вовлечены в старение многоклеточных организмов и связаны с возникновением у них возрастных заболеваний. Ранее мы изучали влияние буферной ёмкости культуральной среды на СС трансформированных клеток китайского хомячка. Было установлено, что наличие в среде HEPES в концентрации 20 мМ не влияет на скорость роста клеток. При этом ростовые кривые выходили на “плато” в один и тот же день. Однако в среде с HEPES клетки, с одной стороны, достигали меньшей насыщающей плотности, чем в контроле (т.е. были “старше” согласно критериям геронтологической клеточно-кинетической модели), а с другой – претерпевали СС с гораздо меньшей скоростью (но все равно “старели”). Можно полагать, что внеклеточный рН, который, кстати, хорошо коррелирует с внутриклеточным, является хотя и важным (концепция И.А. Аршавского о роли ацидотической альтерации в старении), но не ключевым фактором, определяющим выживание клеток в стационарной культуре.

1. Khokhlov A.N. Which aging in yeast is “true”? // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2016. Vol. 71. N 1. P. 11–13.

2. Khokhlov A.N., Klebanov A.A., Karmushakov A.F., Shilovsky G.A., Nasonov M.M., Morgunova G.V. Testing of geroprotectors in experiments on cell cultures: choosing the correct model system // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2014. Vol. 69. N 1. P. 10–14.

3. Khokhlov A.N. Stationary cell cultures as a tool for gerontological studies // Ann. N.Y. Acad. Sci. 1992. Vol. 663. P. 475–476.

4. Khokhlov A.N. Does aging need its own program, or is the program of development quite sufficient for it? Stationary cell cultures as a tool to search for anti-aging factors // Curr. Aging Sci. 2013. Vol. 6. N 1. P. 14–20.

5. Khokhlov A.N. Impairment of regeneration in aging: appropriateness or stochastics? // Biogerontology. 2013. Vol. 14. N 6. P. 703–708.

6. Fabrizio P., Longo V.D. The chronological life span of Saccharomyces cerevisiae // Aging Cell. 2003. Vol. 2. N 2. P. 73–81.

7. Polymenis M., Kennedy B.K. Chronological and replicative lifespan in yeast: do they meet in the middle? // Cell Cycle. 2012. Vol. 11. N 19. P. 3531–3532.

8. Longo V.D., Shadel G.S., Kaeberlein M., Kennedy B. Replicative and chronological aging in Saccharomyces cerevisiae // Cell Metab. 2012. Vol. 16. N 1. P. 18–31.

9. Kapitanov A.B., Aksenov M.Y. Ageing of procaryotes. Acholeplasma laidlawii as an object for cell ageing studies: a brief note // Mech. Ageing Dev. 1990. Vol. 54. N 3. P. 249–258.

10. Nyström T. Stationary-phase physiology // Annu. Rev. Microbiol. 2004. Vol. 58. P. 161–181.

11. Hicks W.M., Kotlajich M.V., Visick J.E. Recovery from long-term stationary phase and stress survival in Escherichia coli require the L-isoaspartyl protein carboxyl methyltransferase at alkaline pH // Microbiology. 2005. Vol. 151. N 7. P. 2151–2158.

12. Gonidakis S., Longo V.D. Assessing chronological aging in bacteria // Cell senescence: methods and protocols / Eds. L. Galluzzi, I. Vitale, O. Kepp, and G. Kroemer. Humana Press, 2013. P. 421–437.

13. Khokhlov A.N. The cell kinetics model for determination of organism biological age and for geroprotectors or geropromoters studies // Biomarkers of aging: expression and regulation. Proceeding / Eds. F. Licastro and C.M. Caldarera. Bologna: CLUEB, 1992. P. 209–216.

14. Schneider E.L., Smith J.R. The relationship of in vitro studies to in vivo human aging // Int. Rev. Cytol. 1981. Vol. 69. P. 261–270.

15. Macieira-Coelho A. Kinetics of the proliferation of human fibroblasts during their lifespan in vitro // Mech. Ageing Dev. 1977. Vol. 6. N 5. P. 341–343.

16. Froehlich J.E., Rachmeler M. Inhibition of cell growth in the G1 phase by adenosine 3’, 5’- cyclic monophosphate // J. Cell Biol. 1974. Vol. 60. N 1. P. 249–257.

17. Конев С.В., Мажуль В.М. Межклеточные контакты. Минск: Наука и техника, 1977. 312 с.

18. Akatov V.S., Lezhnev E.I., Vexler A.M., Kublik L.N. Low pH value of pericellular medium as a factor limiting cell proliferation in dense cultures // Exp. Cell Res. 1985. Vol. 160. N 2. P. 412–418.

19. Kurkdjian A., Guern J. Intracellular pH: measurement and importance in cell activity // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1989. Vol. 40. P. 271–303.

20. Ober S.S., Pardee A.B. Intracellular pH is increased after transformation of Chinese hamster embryo fibroblasts // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1987. Vol. 84. N 9. P. 2766–2770.

21. Аршавский И.А. Физиологические механизмы и закономерности индивидуального развития (основы негэнтропийного онтогенеза). М.: Наука, 1982. 270 с.

22. Овчинникова Н.В., Сорока А.Е., Хоронжак С.В., Прохоров Л.Ю., Ушаков В.Л., Хохлов А.Н. Буферная емкость культуральной среды: изучение в рамках клеточно- кинетической модели, применяемой для испытания геропротекторов и геропромоторов // Цитология. 1997. Т. 39. № 6. С. 498–499.

23. Murakami C.J., Wall V., Basisty N., Kaeberlein M. Composition and acidification of the culture medium influences chronological aging similarly in vineyard and laboratory yeast // PloS One. 2011. Vol. 6. N 9. e24530.

24. Leontieva O.V., Blagosklonny M.V. Yeast-like chronological senescence in mammalian cells: phenomenon, mechanism and pharmacological suppression // Aging (Albany NY). 2011. Vol. 3. N 11. P. 1078–1091.

25. Murakami C., Delaney J.R., Chou A. et al. pH neutralization protects against reduction in replicative lifespan following chronological aging in yeast // Cell Сycle. 2012. Vol. 11. N 16. P. 3087–3096.

26. Burtner C.R., Murakami C.J., Kennedy B.K., Kaeberlein M. A molecular mechanism of chronological aging in yeast // Cell Сycle. 2009. Vol. 8. N 8. P. 1256–1270.

27. Ashrafi K., Sinclair D., Gordon J.I., Guarente L. Passage through stationary phase advances replicative aging in Saccharomyces cerevisiae // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999. Vol. 96. N 16. P. 9100–9105.

28. Wasko B.M., Carr D.T., Tung H., et al. Buffering the pH of the culture medium does not extend yeast replicative lifespan // F1000Research. 2013. Vol. 2. 216.

29. Хохлов А.Н. Пролиферация и старение // Итоги науки и техники ВИНИТИ АН СССР, серия “Общие проблемы физико-химической биологии”, том 9. М.: ВИНИТИ, 1988. 176 с.

30. Akimov S.S., Khokhlov A.N. Study of “stationary phase aging” of cultured cells under various types of proliferation restriction // Ann. N.Y. Acad. Sci. 1998. Vol. 854. P. 520.

31. Khokhlov A.N. Cell proliferation restriction: is it the primary cause of aging? // Ann. N.Y. Acad. Sci. 1998. Vol. 854. P. 519.

32. Khokhlov A.N. Does aging need an own program or the existing development program is more than enough? // Russ. J. Gen. Chem. 2010. Vol. 80. N 7. P. 1507–1513.

33. Khokhlov A.N. From Carrel to Hayflick and back, or what we got from the 100-year cytogerontological studies // Biophysics. 2010. Vol. 55. N 5. P. 859–864.

34. Demidenko Z.N. Chronological lifespan in stationary culture: from yeast to human cells // Aging (Albany NY). 2011. Vol. 3. N 11. P. 1041–1042.

35. Fabrizio P., Wei M. Conserved role of medium acidification in chronological senescence of yeast and mammalian cells // Aging (Albany NY). 2011. Vol. 3. N 12. P. 1127–1129.

36. Kaeberlein M., Kennedy B.K. A new chronological survival assay in mammalian cell culture // Cell Cycle. 2012. Vol. 11. N 2. P. 201–202.

37. Mirisola M.G., Longo V.D. Acetic acid and acidification accelerate chronological and replicative aging in yeast // Cell Cycle. 2012. Vol. 11. N 19. P. 3532–3533.

38. Morgunova G.V., Klebanov A.A., Khokhlov A.N. Some remarks on the relationship between autophagy, cell aging, and cell proliferation restriction // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2016. Vol. 71. N 4. P. 207–211.

39. Burhans W.C., Weinberger M. Acetic acid effects on aging in budding yeast: are they relevant to aging in higher eukaryotes? // Cell Сycle. 2009. Vol. 8. N 14. P. 2300–2302.

40. Yucel E.B., Eraslan S., Ulgen K.O. The impact of medium acidity on the chronological life span of Saccharomyces cerevisiae–lipids, signaling cascades, mitochondrial and vacuolar functions // FEBS J. 2014. Vol. 281. N 4. P. 1281–1303.

41. Morgunova G.V., Klebanov A.A., Khokhlov A.N. Interpretation of data about the impact of biologically active compounds on viability of cultured cells of various origin from a gerontological point of view // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2016. Vol. 71. N 2. P. 67–70.

42. Khokhlov A.N., Morgunova G.V. Testing of geroprotectors in experiments on cell cultures: pros and cons // Antiaging drugs: from basic research to clinical practice / Ed. A.M. Vaiserman. Royal Society of Chemistry, 2017. P. 53–74.