Текст книги "Карманный справочник врача. Основы геронтологии"

Старение клеток и субклеточных структур

Морфологические изменения клеток при старении

Судьба различных клеток при старении организма существенно отличается. Если одни клетки (эпидермис, слизистые оболочки и пр.) в течение нескольких дней заменяются на новые, то другие живут в течение месяцев (клетки печени, других внутренних органов, эритроциты и пр.) или даже в течение всей жизни (клетки нервной системы). Поэтому процессы старения проявляются в разных клетках по-разному. Для длительно существующих нервных клеток типичным, например, является механизм старения по типу «метаболического засорения» – накопления липофусцина, – тогда как снижение скорости самообновления клеток кожи ведет к выраженным структурным изменениям их по типу дистрофического. Длительно живущие необновляющиеся клетки гибнут со временем по стохастическим законам, и общее их число в ткани снижается.

Важнейшим является также изменение цитоархитектоники органов и тканей, которые состоят из таких клеток. Например, естественное снижение скорости клеточного самообновления в коже при наличии естественно идущих процессов дифференцировки кератиноцитов и отшелушивания клеток ведут к таким типичным макропроявлениям старения кожи, как огрубление ее, снижение эластичности, утончение и пр.

На примере старения кожи четко видно ведущее значение регуляторных механизмов: скорость клеточного роста есть регуляторный феномен, и можно повысить скорость клеточного самообновления в течение часов, например, в ходе регенерации, когда процессы клеточного деления ускоряются многократно.

Типичными являются для старения клеток общие принципы старения: неравномерность старения разных типов клеток и формируемых ими структур или даже темпа и выраженности старения одного функционально-структурного комплекса, по сравнению с другим таким же (гетеротопность и гетерохронность старения).

Конкретные проявления старения, например нейрона и гепатоцита, различны, однако существуют и вполне определенные общие черты, общность которых лучше выявляется при анализе на более высоком уровне обобщения. Типичным является и избыточное развитие и огрубление соединительной ткани во многих тканях, замена ею паренхиматозных элементов. Наблюдаются явления атрофии и дистрофии различных клеток. Уменьшение количества паренхиматозных клеток компенсируется активированием функций и гипертрофическими процессами для оставшихся клеток.

При старении увеличивается число ядер в клетке (явление полиплоидии), причем ядерная мембрана образует многочисленные складки для увеличения площади соприкосновения с цитоплазмой, расширяются ядерные поры, появляются ядерные включения (обычно функционально неактивные).

Изменяется плотность цитоплазматического матрикса клетки, как с просветлением, так и с огрублением его участков, с очагами деструкции и некробиоза.

В белоксинтезирующем аппарате отмечается расширение цистерн гранулярной и гладкой эндоплазматической сети, уменьшается количество рибосом на мембранах. Отмечают редукцию и уменьшение площади комплекса Гольджи, застойные явления в нем.

Достаточно постоянным признаком старения клетки является повышение количества первичных лизосом, в них увеличивается количество недопереваренных субстанций, снижается стабильность лизосомальных мембран.

Наружная клеточная мембрана также значимо изменяется: отмечаются очаговые уплотнения и утолщения, снижается интенсивность микропиноцитоза, количество микроворсинок, микровыростов. Изменяется количество и функция щелевидных контактов клеток и соединяющего клетки межклеточного вещества. Качественно меняется реакция клетки на внешние возбудители прежде всего за счет значительного изменения числа рецепторов на ее поверхности.

Количество их и сродство с разными биоактивными веществами изменяется для разных клеток по-разному. Изменения соотношения рецепторов к разным биоактивным веществам переводят клетку на иной тип функционирования. Эти изменения отражают также и компенсаторные реакции в ответ на изменение количества циркулирующих гормонов.

Особое значение принадлежит изменению числа клеток, числа рецепторов и их аффинности для нейронов регуляторных вегетативных центров, управляющих развитием: отмечены выраженные возрастные изменения для центров регуляции роста и полового развития при относительной устойчивости других областей мозга.

Мембранный потенциал является важнейшим общим показателем функциональной активности клетки. Он практически не изменяется в мышечных волокнах, гепатоцитах, мотонейронах спинного мозга, но растет для кардиоцитов, гладкомышечных клеток сосудов и ряда других клеток. В пределах одной и той же клеточной популяции отмечаются выраженные различия в величине мембранного потенциала. По-разному изменяется также электровозбудимость различных типов клеток.

Изменяется электрическая активность клеток: удлиняется скрытый период включения моторной единицы, для групп клеток отмечается большое количество потенциалов малой силы. Значимо уменьшается количество воды в тканях, количество внутриклеточных ионов калия с неизменным или даже повышенным содержанием ионов натрия (в некоторых клетках, наоборот, происходит накопление внутриклеточного калия).

Мембранная активность К-Na-АТФазы падает, снижается содержание молекул – энергоносителей (АТФ и креатинфосфата), изменяется сопряжение окислительного фосфорилирования и окисления; в этих условиях росту внутриклеточного гликолиза отводят компенсаторную роль.

На фоне зачастую нормальной величины поляризации – статического параметра – отмечается изменение динамической величины – реполяризации после различных воздействий на клетку. Температурный коэффициент и энергия активации процессов, определяющих реполяризацию у старых животных, в 2 раза выше, что указывает на увеличение доли неферментативных реакций в развитии реполяризации.

Снижение лабильности – одна из главных характеристик проявления старения на клеточном уровне. На ЭЭГ в фоновой кривой отмечается смещение спектра основных ритмов в сторону более медленного диапазона, появляется больше медленных волн; происходит также снижение частоты токов действия для моторных единиц мышц, урежение частоты импульсации в афферентных и эфферентных нервах. Падает лабильность вегетативных ганглиев и блуждающего нерва, повышается значимость гуморальных систем регуляции в противовес нервным.

В области синапса частота и амплитуда миниатюрных потенциалов не изменяется, однако изменяется реактивность к блокаторам и агонистам, влияющим на синаптическое проведение импульса. Снижается синтез ацетилхолина, снижается синтез и обратный захват норадреналина, компенсаторно повышается чувствительность постсинаптической мембраны к этим медиаторам; снижается количество синапсов.

Что касается врожденной запрограммированной способности к ограниченному числу делений («феномен Хейфлика»), то представления об этом оставлены уже самим автором. Видимо, этот феномен сводится к частным случаям дифференцировки некоторых типов клеток в искусственных условиях и не имеет существенного значения для старения в целостном организме.

Роль митохондрий в старении клетки

Один из важных и постоянных признаков клетки при старении – изменение митохондрий: просветление матрикса, расширение межкристных промежутков, резкое набухание митохондрий, разрушение их внутренней мембраны с миелинизацией, повреждение наружной мембраны. Объем митохондрий в клетке повышается при снижении площади мембран в каждой отдельной митохондрии. Предполагают возможную роль митохондриальной дисфункции в процессе старения.

Митохондрии находятся под двойным генетическим контролем: со стороны ядерной и митохондриальной ДНК (яДНК и мтДНК). Особенностями митохондриальной генетики являются материнская (неменделевская) наследственность, полиплоидия (до 10 молекул мтДНК на органеллу, тысячи – на клетку), высокая скорость мутирования (на порядок выше, чем яДНК: мтДНК 2 индивидуумов часто различаются на 10–70 пар нуклеотидов), а также не ассоциированная с клеточным циклом репликация и репликативная сегрегация при клеточном делении.

К особенностям митохондриального генома относятся ковалентно замкнутая кольцевая форма молекулы мтДНК, ее небольшие размеры (~16 тысяч пар нуклеотидов), 37 кодируемых ею генов (13 полипептидов – субъединиц комплексов окислительного фосфорилирования, 2 рРНК и 22 тРНК), собственный генетический код, отличный от универсального, зависимость экспрессии от экспрессии ядерного генома. Большинство эволюционно зафиксированных мутаций мтДНК, в первую очередь однонуклеотидные замены (SNP), создают нейтральные полиморфизмы, сегрегирующие и накапливающиеся в популяциях по материнской линии. Эти полиморфизмы распределяются на гаплогруппы и связанные с ними гаплотипы. Вариабельность последовательностей мтДНК явилась инструментом реконструкции эволюции человека.

Установлена корреляция принадлежности индивидуумов к определенной гаплогруппе с риском развития ассоциированных с возрастом дегенеративных заболеваний. В онтогенезе происходит накопление соматических мутаций (замена оснований, делеции) и других повреждений (модификация оснований, сшивки) мтДНК. Некоторые мутантные молекулы могут амплифицироваться с большей скоростью, чем «дикие» молекулы мтДНК, постепенно замещая последние (гомоплазмия мутантных мтДНК). В быстро делящихся клетках этот механизм может лежать в основе развития опухолей.

Накопление с возрастом поврежденных молекул мтДНК вызывает энергетическую недостаточность прежде всего самих митохондрий. Вследствие этого молекулы мтДНК могут покидать органеллу через открывшуюся пору переменной проницаемости, промотируя мутагенез ДНК ядра. При достижении некоторого порога энергетической недостаточности клетки (для разных типов клеток его величина различна) происходит митохондриальная индукция гибели клеток (апоптотическая или некротическая) и, как следствие, функциональная недостаточность органов и тканей, лежащая в основе дистрофических болезней, ассоциированных со старением.

По мнению многих ученых, накопление мутаций мтДНК как результат нормального функционирования митохондрий может лежать в основе старения и связанных с ним заболеваний.

Исследования генерации активных форм кислорода (свободных радикалов) митохондриями проводятся еще со времени работ Чанса, однако до настоящего времени неясно, имеет ли место повышение с возрастом продукции свободных радикалов митохондриями и какое это имеет значение для старения. Ясно, однако, что в условиях гипоксии старые митохондрии оказываются способными генерировать свободные радикалы значимо выше, чем молодые, что, учитывая механизм возрастной гипоксии как типичный для процессов старения тканей, позволяет говорить о значимости этого явления для старения в целом.

Оксидативный клеточный стресс представляется типичным возрастным синдромом, а влияния на него – перспективным направлением профилактических влияний.

В процессе старения митохондрий наблюдаются снижение их респираторной функции и мутации митохондриальной ДНК, что связывают с развитием возрастного оксидативного клеточного стресса и нарушениями генной экспрессии, хотя отмечено, что мутации митохондриальной ДНК могут и не приводить к увеличению продукции активных форм кислорода в клетке.

Набухание митохондрий в клетках обычно ведет к выходу в цитоплазму цитохрома С, что запускает процессы апоптоза и связывает процессы старения и активной гибели клеток; часто старые клетки оказываются устойчивыми к апоптозу, что наряду с ухудшением их функций может вести к неблагоприятным результатам для целостного организма, так как выбраковывание таких клеток задерживается в старости. Тем не менее некоторые авторы рассматривают запрограммированную клеточную смерть – апоптоз – как мишень для борьбы со старением.

Многие клетки старых тканей находятся в состоянии различной степени дегенерации: вакуолизации, нейрофагии, гиалиновой дегенерации, гидропического набухания, вакуолизации и сморщивания, частичного растворения клеток с возрастом.

Наружная клеточная мембрана клеток также значимо изменяется: отмечаются очаговые уплотнения и утолщения, снижается интенсивность микропиноцитоза, количество микроворсинок, микровыростов. Изменяется количество и функция щелевидных контактов клеток и соединяющего клетки межклеточного вещества.

Качественно меняется реакция клетки на внешние возбудители прежде всего за счет значительного изменения числа рецепторов на ее поверхности.

В нервной ткани развивается простая и пигментная атрофия ганглиозных клеток, липофусциновая блокада пирамидальных клеток, хроматолиз двигательных нейронов и клеток Пуркинье, а также пирамидных клеток коры мозга.

Роль лизосом в старении клеток

Лизосомы – совершенно необходимый компонент клетки, участвующий в ее питании и обновлении. Один из признаков лизосом – наличие в них ряда ферментов (кислых гидролаз, всего их около 40), способных расщеплять белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. К числу ферментов лизосом относятся катепсины (тканевые протеазы), кислая рибонуклеаза, фосфолипаза и др. Кроме того, в лизосомах присутствуют ферменты, которые способны отщеплять от органических молекул сульфатные (cульфатазы) или фосфатные (кислая фосфатаза) группы.

Для лизосом характерна кислая реакция внутренней среды. Обычно рН в лизосомах составляет около 4,5–5 (концентрация протонов на два порядка выше, чем в цитоплазме). Это обеспечивается активным транспортом протонов, который осуществляет встроенный в мембраны лизосом белок-насос – протонная АТФаза; в старости рН повышается до 6,0.

Высокая активность кислой фосфатазы ранее использовалась как один из маркеров лизосом. В настоящее время более надежным маркером считается присутствие специфических мембранных гликопротеидов – LAMP1 и LAMP2. Они присутствуют на мембране лизосом и поздних эндосом, но отсутствуют на мембранах других компартментов клетки.

Достаточно постоянным признаком старения клетки является повышение количества первичных лизосом, в них увеличивается количество недопереваренных субстанций, липофусцина, снижается стабильность лизосомальных мембран. Липофусцин формируется в лизосомах из продуктов пероксидации липидов, ионов железа и перекрестно сшитых белковых агрегатов. Типичным считают повышение проницаемости мембран лизосом и аутолиз клеток.

Старые клетки часто характеризуют по экспрессии β-галактозидазы, активной при рН = 6, лизосомальная гидролаза в норме активна при рН = 4. В качестве теста биологического возраста, видимо, может служить кислая фосфатаза печени, положительно коррелирующая с возрастом у мышей, а также отношение МДГ/ЛДГ в печени и почках мышей и крыс.

Апоптоз клеток

Накопление в тканях с возрастом старых клеток, возможно, является результатом появления резистентных к апоптозу стареющих клеток, которые аккумулируют множественные повреждения, приводящие в конечном счете к неоплазии, нейродегенеративным процессам и инфаркту миокарда. Как считают, это связано с развитием в старости репрессии генов G₁-фазы, увеличением экспрессии гена анти-апоптоза bcl2 и отсутствием протеолиза, что является «тройным замком», предотвращающим апоптотическую гибель стареющих фибробластов, как считает ряд авторов.

Апоптоз представляет собой запрограммированную гибель клетки и носит активный специфический характер, отличающийся от пассивного процесса некроза тканей: зависит от синтеза ДНК и РНК, ионов кальция и активных форм кислорода (АФК), сопровождается пикнозом ядра и фрагментацией ДНК специфическими ферментами, для него характерна ранняя потеря потенциала мембран митохондрий и появление фосфатидилсерина на мембране клеток, что индуцирует их активный фагоцитоз, а также отсутствие рубца на месте апоптоза. Этот набор признаков может различаться в зависимости от конкретного механизма апоптоза.

Апоптоз может происходить как запрограммированно (обычно на различных этапах эмбриогенеза), так и индуцироваться Fas-рецепторами мембраны, фактором некроза опухоли, внешними АФК и внутренним повышением Н₂О₂, повышающими цАМФ клетки факторами, активацией аденозиновых рецепторов, повышением кальция цитоплазмы (иономицином – А23187) и любым длительным повышением кальция цитоплазмы, что ведет к деэнергизации митохондрий.

Цитохром С-зависимый путь апоптоза является, видимо, отдельным путем как реакцией на появление митохондриального цитохрома C в цитоплазме клеток; набухание митохондрий приводит к открытию митохондриальной поры с выходом индуцирующего апоптоз белка.

Любое повышение фосфатидилсерина на клетке ведет к ее фагоцитозу. Повреждения ДНК в ходе мутагенеза, ионизирующего облучения, стресса, возможно, и в ходе старения также могут запускать апоптоз.

Главный путь проапоптических эффектов – белок р53, он осуществляет динамический баланс (с участием белка р26 и др.) основных механизмов повреждения и репарации клетки: повреждение ДНК – репарация ДНК – запуск апоптоза. Белок Bcl2 (баланс bcl2/bax), видимо, главный антиапоптический путь: этот белок входит в структуры ядра, митохондрий, саркоплазматического ретикулума, снижает выход ионов кальция из последнего, а также осуществляет иные не совсем ясные по механизму антиапоптические эффекты.

Снижение самообновления (деления) клеток в старости

Пролиферативная активность большинства клеточных популяций в организме снижается с возрастом, что проявляется в снижении митотического индекса, скорости синтеза ДНК, снижении ответа на пролиферативные стимулы (снижение потенциала клеточного роста), удлинении клеточного цикла и увеличении времени самообновления тканей. Так, пролиферативная активность клеток кожи 70-летних людей в 10 раз ниже, чем 20-летних, снижается также минимум в 2 раза количество стволовых клеток в коже.

Резкое снижение с возрастом факторов роста в крови указывает на то, что снижение клеточного роста с возрастом – регуляторный феномен.

Выявление факторов роста тканей и активаторов Т-лимфоцитов – регуляторов роста соматических тканей – представляется наиболее важным направлением профилактики старения и биоактивации практически в любом возрасте.

Соматические клетки высших эукариот, как правило, имеют ограниченную способность к пролиферации. Постепенное снижение скорости пролиферации клеток in vitro, приводящее в конечном счете к ее остановке, называют клеточным или репликативным (стационарным) старением. Ограниченность пролиферативной активности клеток была впервые показана более 40 лет назад L. Hayflick (1965) и оформлена как одна из теорий старения.

Старые клетки претерпевают характерные изменения в морфологии: становятся более крупными, плоскими и гранулированными. Эти клетки часто характеризуют по экспрессии бета-галактозидазы, активной при рН = 6 (лизосомальная гидролаза, в норме активна при рН = 4).

Более специфические биологические маркеры для определения репликативного старения разделяют на несколько категорий:

• компоненты сигнальных путей, которые индуцируют и поддерживают состояние старения (индукция ингибиторов циклин-зависимых киназ р16 и р21);

• маркеры генотоксического стресса (очаги повреждения ДНК и их колокализация с теломерами);

• появление характерного, ассоциированного со старением факультативного гетерохроматина;

• секреция определенных воспалительных цитокинов и факторов, модифицирующих ткань.

Стареющие клетки, как правило, сохраняют жизнеспособность и метаболическую активность в культуре в течение длительного времени. Считают, что состояние пролиферативного (репликативного) старения характеризуется необратимой утратой клетками, израсходовавшими пролиферативный потенциал, способности синтезировать ДНК в ответ на стимуляцию сывороткой или факторами роста, однако многие гены, связанные с пролиферацией, остаются в них способными к индукции митогенами. Блок пролиферации в этом случае может быть вызван либо отсутствием факторов, инициирующих вступление в S-период клеточного цикла, либо наличием в стареющих клетках ингибиторов пролиферации.

При пролиферативном старении отмечают отсутствие экспрессии некоторых генов, обеспечивающих выход клеток из состояния покоя. В стареющих клетках подавлена экспрессия циклинов, инсулиноподобного фактора роста (IGF-1) и некоторых других факторов роста.

Детерминированность процесса клеточного старения предполагает наличие специального молекулярного механизма, позволяющего клетке «отсчитывать» число пройденных удвоений. ДНК является единственной макромолекулой, обладающей достаточной стабильностью, чтобы служить базой такого механизма. Основой функционирования «молекулярных часов» считают изменения ДНК, сопряженные с процессом ее репликации: метилирование ДНК (определенных локусов) или потеря части ДНК в результате ее неполной репликации.

В последнее время роль «молекулярных часов» многие отводят теломерам линейных хромосом эукариотических клеток. Хромосомы позвоночных оканчиваются последовательностью ТТАGGG, повторенной в теломерах сотни и тысячи раз. Соматические клетки теряют от 50 до 200 нуклеотидов при каждом клеточном делении в результате неполной репликации концов хромосом из-за особенностей молекулярного механизма репликативного синтеза ДНК (А. М. Оловников, 1972, 2007). Отстающая цепь репликативной вилки в синтезе ДНК не может синтезироваться до 5'-конца в отсутствие рибопраймера, который, в свою очередь, не образуется непосредственно на концевом фрагменте. Потери концевой ДНК делают невозможной бесконечную пролиферацию.

В противоположность соматическим смертным клеткам, то есть клеткам, обладающим пределом размножения in vitro, большинство иммортальных клеток, обладающих способностью к бесконечной пролиферации, содержит теломеразу – фермент, достраивающий свободные 3'-концы хромосом короткими повторяющимися последовательностями (в случае позвоночных – TTAGGG). В репликативном старении существуют две фазы: так называемый «ранний кризис» (связан с активацией р53 и/или ингибиторов Cdk, возможно, в ответ на укорочение теломер до какого-то критического размера или какие-то другие сигналы) и так называемая «генетическая катастрофа» (очевидно, обусловлена полной дисфункцией теломер и слипанием хромосом). Оказалось, что при инактивации р53 (что характерно для большинства различных новообразований) «ранний кризис», несмотря на «нокаут» в эксперименте теломеразы и укорочение теломер, не наблюдается.

Активизация теломеразы обнаружена в стимулированных митогенами лимфоцитах, а также в пролиферативных зонах волосяных фолликулов и кишечных крипт.

Способность клеток и организмов реагировать на внешние стимуляторы постепенно уменьшается по мере старения. Наиболее вероятно, что основой изменения клеточной реакции на внешние воздействия по мере старения являются метаболические нарушения макромолекулярного синтеза.

Широко используемыми митогенами при изучении возрастных изменений клеточного ответа являются сыворотка, гормоны и факторы роста, такие как EGF, FGF, PDGF, инсулин и инсулиноподобный фактор роста (IGF-1), глюкокортикоиды.

Культуры клеток, полученные из тканей, взятых у пациентов, имеющих синдромы преждевременного старения, прогерии, – синдром Вернера и синдром Хатчинсона-Гилфорда – дают обычно значительно более низкий ответ на стимуляцию инсулином, FGF, PDGF и сывороткой, чем клетки здоровых людей.

Факторы роста и гормоны оказывают совместное действие, вызывая аддитивный эффект в «молодых» клетках, но не вызывают его в «старых». Показано, что синергичные эффекты дексаметазона и EGF или IGF-1, инсулина и гидрокортизона сильно снижены или отсутствуют в стареющих фибробластах, серийно пассируемых в культуре. Способность EGF, инсулина, IGF и сыворотки стимулировать синтез белка в культивируемых фибробластах также снижается по мере пассирования клеток. Индуцированный сывороткой уровень фактора элонгации-2 значительно ниже в «старой» культуре фибробластов человека, чем в «молодой». Экспрессия ассоциированного с пролиферацией ядерного антигена K-67 не индуцируется в «старых» фибробластах человека в ответ на действие PDGF, хотя она ярко выражена в «молодых». Белок Rb не фосфорилируется в «старых» фибробластах после стимуляции сывороткой, хотя фосфорилируется в «молодых» клетках.

Таким образом, не вызывает сомнения снижение чувствительности клеток к факторам роста по мере старения. Способность стареющих фибробластов к экспрессии мРНК генов, зависящих от клеточного цикла, таких как гены гистонов, орнитиндекарбоксилазы, тимидинкиназы, бета-актина, и протоонкогенов c-myc и c-ras остается неизменной, однако клетки при этом не могут вступать в S-фазу клеточного цикла. В то же время отмечено снижение активности белка орнитиндекарбоксилазы и отсутствие экспрессии c-fos при стимуляции стареющих фибробластов сывороткой.

Контроль репликативного старения – важный механизм антиопухолевой активности регуляторного белка p53. Фибробласты из p53-нокаутных мышей не стареют в культуре, продолжая неограниченно пролиферировать. При выведении иммортализованных стабильных клеточных линий p53 часто специально инактивируют, экспрессируя онкобелки ДНК-содержащих вирусов. Необратимая остановка пролиферации старых клеток сопровождается p53-зависимой транскрипционной активацией генов-мишеней p53. Активация p53 в старых клетках, по-видимому, происходит в ответ на хромосомные разрывы, ассоциированные с укорочением теломер в стареющих клетках.

Инактивация р53 способна задерживать, хотя и не отменять, репликативное старение в человеческих клетках. В старых клетках р53 мРНК и уровни белка по большому счету не изменяются, но р53 становится фосфорилированным и его активность как транскрипционного фактора повышается в процессе старения.

Одной из мишеней р53 является ингибитор циклин-зависимых киназ, белок р21. Экспрессия р21 повышается в процессе репликативного старения, и его активация зависит от сигналов, инициируемых укорочением теломер, поскольку экспрессия TERT блокирует эту активацию. Было обнаружено, что экспрессия р21 в течение репликативного старения регулируется двумя механизмами: р53-зависимым и 53-независимым. Гиперэкспрессия р21 индуцирует остановку клеточного роста в некоторых клетках, тогда как делеция р21 может отсрочить связанную со старением остановку клеточного роста. Совместно эти исследования говорят о том, что функции р53 в старении заключаются, по крайней мере частично, в индукции р21.

Ингибирование р53 и pRb дает возможность клеткам достигать более 50 делений. Эти результаты привели к развитию концепции, что существуют два пути, ответственных за индукцию старения клеток, и они действуют параллельно друг другу.

Белок pRb является центральным регулятором прохождения клеточного цикла. Гиперфосфорилированный pRb позволяет проходить клеточный цикл, тогда как гипофосфорилированный pRb предотвращает его прохождение; pRb преимущественно действует через инактивацию E2F семейства факторов транскрипции, ответственных за транскрипцию нескольких генов, вовлеченных в G₁/S-переход и синтез ДНК. Фосфорилирование pRb зависит от циклин-зависимых киназ (CDK), которые управляют прохождением через разные фазы клеточного цикла. Инактивация G₁ CDK, ответственных за фосфорилирование pRb, предотвращает переход из G₁-фазы в S-фазу и блокирует клеточный цикл, индуцируя в том числе репликативное старение. Ингибиторы циклин-зависимых киназ (CDKI) ингибируют активность CDK; CDKI р16 нарушает и ингибирует активности CDK4 и CDK6, таким образом предотвращая прохождение клеточного цикла.

Экспрессия белка р16 увеличивается в некоторых старых человеческих фибробластах, и его индукция не всегда связана с укорочением теломер. Экспрессия р16 повышается после запуска старения в клетках, в отличие от быстрого увеличения экспрессии р21 в клетках, только входящих в состояние репликативного старения. Старая популяция человеческих клеток в культуре представляет собой некую мозаику, в которой некоторые клетки экспрессируют р16, тогда как другие экспрессируют р21. При этом индукция р16 не отменяется смещением экспрессии TERT, а функциональная инактивация р16 не предотвращает репликативное старение в человеческих фибробластах, что говорит о том, что р16 не связан с репликативным старением, опосредованным укорочением теломер. В ответ на укорочение теломер активация р21 может приводить к ингибированию фосфорилирования pRb, что выстраивает р53-р21 и pRb в один общий процесс.

Существуют примеры, что инактивация либо р53, либо pRb может существенно задерживать начало старения, подтверждая линейность пути р53-pRb. В других примерах необходимо ингибировать оба белка: и р53, и pRb, чтобы предотвратить начало репликативного старения в человеческих клетках, что говорит о наличии двух параллельных путей. Путь р53-р21-pRb преимущественно ответственен за старение, индуцированное укорочением теломер; путь р16-pRb, видимо, опосредует преждевременное старение, индуцированное стрессом. Вероятно, р53 и pRb-p16 пути работают совместно для остановки пролиферации клеток.

Возможно, существуют принципиальные молекулярные различия между обратимой остановкой в клеточном цикле и необратимой блокировкой, наступающей при старении, хотя эти различия пока полностью не выявлены.