Одна из главных проблем в исследованиях старения — найти так называемые сенесцентные клетки. Их часто называют «зомби-клетками»: они уже перестали делиться, но при этом не погибают так, как должны.
Со временем такие клетки могут накапливаться в организме. Их связывают с раком, болезнью Альцгеймера и самим процессом старения. Ученые давно пытаются понять, как удалять или восстанавливать эти вредные клетки, но есть серьезная трудность: их сложно надежно отличить от здоровых клеток прямо в живой ткани.
Теперь команда Mayo Clinic предложила новый подход. В исследовании, опубликованном в журнале Aging Cell, ученые описали способ помечать сенесцентные клетки с помощью молекул, которые называются аптамерами.
Аптамеры — это короткие синтетические цепочки ДНК. Они складываются в сложные трехмерные формы, благодаря чему могут прикрепляться к определенным белкам на поверхности клеток.
В опытах с клетками мышей исследователи проверили более 100 триллионов случайных последовательностей ДНК. Среди них удалось найти редкие аптамеры, которые связывались с белками, связанными с сенесцентными клетками. После прикрепления такие молекулы фактически «подсвечивали» нужные клетки, помогая их обнаружить.
«Этот подход показал, что аптамеры можно использовать как технологию, которая отличает сенесцентные клетки от здоровых», — говорит биохимик и молекулярный биолог Джим Махер III, один из главных исследователей проекта. По его словам, это пока только первый шаг, но результаты показывают, что в будущем метод может быть применим и к человеческим клеткам.
Интересно, что проект начался не с большого плана, а со случайного разговора аспирантов Mayo Clinic.
Кинан Пирсон, который недавно получил степень в Mayo Clinic Graduate School of Biomedical Sciences, изучал, как аптамеры можно использовать против рака мозга или нейродегенеративных заболеваний. Он работал с доктором Махером.
В другой части кампуса Сара Яхим занималась исследованиями старения и сенесцентных клеток в лаборатории Натана ЛеБрассера.
Однажды студенты встретились на научном мероприятии и начали обсуждать свои диссертационные проекты. Тогда Пирсон задумался: а можно ли адаптировать аптамеры так, чтобы они распознавали именно сенесцентные клетки?
«Я подумал, что идея хорошая, но не знал, как готовить сенесцентные клетки для тестов. А это была специализация Сары», — говорит Пирсон, который стал ведущим автором публикации.
Затем студенты представили идею своим научным руководителям, а также исследователю Даррену Бейкеру, который занимается терапиями, нацеленными на сенесцентные клетки.
По словам доктора Махера, идея сначала звучала «безумно», но достаточно интересно, чтобы попробовать. В итоге наставники поддержали сотрудничество.
«Нам, честно говоря, понравилось, что это была идея студентов и настоящее соединение двух исследовательских направлений», — говорит Махер.
Работа пошла быстро. Первые эксперименты дали обнадеживающие результаты раньше, чем ожидалось. После этого к проекту подключились другие студенты из нескольких лабораторий.
Брэндон Уилбэнкс, Луис Прието и студент программы M.D.-Ph.D. Кэролайн Доэрти помогли с более сложными методами, включая продвинутую микроскопию и анализ разных образцов тканей.
«Становилось все понятнее, что в проект стоит вкладывать больше усилий, потому что было видно: он сработает», — говорит доктор Яхим.
Исследование может дать ученым не только новый способ находить «зомби-клетки». Оно также помогает лучше понять, чем эти клетки отличаются от других.
«На сегодняшний день не существует универсальных маркеров, которые характеризуют сенесцентные клетки», — объясняет доктор Махер. По его словам, подход был устроен так, что ученые заранее не задавали точную цель на поверхности клетки. Они позволили самим аптамерам «выбрать», к каким молекулам прикрепляться.
Некоторые аптамеры связались с вариантом фибронектина — белка, который находится на поверхности клеток мышей. Пока исследователи не знают, как именно этот вариант фибронектина связан со старением клеток. Но находка может помочь лучше понять, что делает сенесцентные клетки особенными.
Ученые подчеркивают: прежде чем аптамеры можно будет надежно использовать для поиска сенесцентных клеток у людей, нужны дополнительные исследования.
Но в будущем эта технология может стать не только способом обнаружения. Исследователи считают, что однажды аптамеры смогут доставлять терапию прямо к сенесцентным клеткам. Это откроет путь к более точным методам лечения.
Пирсон также отмечает, что аптамеры дешевле и гибче в применении, чем традиционные антитела, которые часто используют для различения разных типов клеток.
«Этот проект продемонстрировал новую концепцию», — говорит доктор Махер. «Будущие исследования могут расширить этот подход для применения к сенесцентным клеткам при заболеваниях человека».
