Немецким учёным удалось обратить вспять более 60 лет молекулярного старения человеческих клеток. В ходе эксперимента клетки крови 80-летнего человека превратились в стволовые клетки, биологический возраст которых соответствовал возрасту человека моложе 20 лет. Причём исследователи смогли наблюдать, как происходило это омоложение, на протяжении нескольких месяцев.
Открытие сделали специалисты Университетской клиники Бонна и Боннского университета. Они преобразовали незрелые клетки крови в нервные стволовые клетки, способные впоследствии давать начало клеткам головного мозга. При этом изменился не только тип клеток: молекулярные признаки старения практически полностью вернулись к состоянию, характерному для молодого организма. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Aging Cell.
Обычно клетки человеческого организма имеют строго определённые функции. Хотя все они происходят из одной оплодотворённой яйцеклетки и содержат практически одинаковую генетическую информацию, в процессе развития каждая приобретает свою специализацию. Клетка кожи не может просто превратиться в клетку печени, а клетка крови — в нейрон.
Однако современные лабораторные технологии позволяют обойти это ограничение. С помощью специальных белков, называемых факторами транскрипции, учёные могут изменять активность генов и заставлять клетки приобретать совершенно новые свойства. Например, клетки кожи можно перепрограммировать так, чтобы они стали способны давать начало нервной ткани.
Команда под руководством профессора Оливера Брюстле из Института реконструктивной нейробиологии Университетской клиники Бонна применила этот подход к предшественникам эритроцитов — красных кровяных клеток. Исследователи напрямую преобразовали их в нервные стволовые клетки. В предыдущих экспериментах они уже продемонстрировали, что полученные таким способом нервные клетки после пересадки в мозг мышей способны успешно устанавливать связи с существующими нейронами.
На этот раз внимание учёных привлекло другое явление. Они обнаружили, что в процессе перепрограммирования клетки не только меняют свою специализацию, но и значительно молодеют.
Чтобы измерить степень омоложения, исследователи использовали так называемые эпигенетические часы. Это метод оценки биологического возраста по химическим изменениям ДНК, характер которых закономерно меняется по мере старения организма.
Такие изменения не затрагивают саму последовательность ДНК, но влияют на то, насколько активно клетка использует определённые гены. По совокупности этих признаков можно определить её приблизительный молекулярный возраст.
Результаты оказались впечатляющими: после перепрограммирования клетки, полученные от 80-летнего человека, демонстрировали эпигенетические характеристики, соответствующие возрасту менее 20 лет. Таким образом, их молекулярные часы удалось перевести назад более чем на шесть десятилетий. По словам Брюстле, такое эпигенетическое омоложение действительно приводит к тому, что клетки начинают вести себя как молодые.
Само по себе омоложение при перепрограммировании клеток известно учёным уже давно. Однако прежде для этого обычно использовали двухэтапную процедуру. Сначала обычную клетку, например клетку крови, возвращали в состояние плюрипотентной стволовой клетки. Такие клетки способны развиваться во множество различных типов клеток организма. Затем их направляли по определённому пути развития, например превращали в нервные стволовые клетки.
Недостаток этого подхода заключался в том, что омоложение происходило сравнительно быстро. Из-за этого исследователям было трудно подробно изучить все молекулярные изменения, сопровождающие возвращение клеток в более молодое состояние.
Учёные из Бонна пошли другим путём. Они исключили промежуточную стадию плюрипотентности и сразу преобразовали клетки крови в нервные стволовые клетки. Благодаря этому процесс омоложения оказался значительно более постепенным.
«При нашем подходе омоложение происходило постепенно, и его можно было отслеживать на протяжении более 100 дней», — объяснил Брюстле.
Уже через 50 дней исследователи зафиксировали уменьшение молекулярного возраста примерно на 60 лет. Но главное преимущество заключалось не столько в масштабе омоложения, сколько в возможности наблюдать его поэтапно.
Теперь учёные получили экспериментальную модель, позволяющую изучать, какие именно молекулярные механизмы отвечают за возвращение клеткам молодости. Поскольку эпигенетические часы в такой системе перестраиваются на протяжении нескольких недель, исследователи могут проверять, какие вещества и биологические факторы ускоряют этот процесс, а какие, наоборот, замедляют.
Особый интерес открытие представляет для изучения нейродегенеративных заболеваний. Старение тесно связано с развитием таких болезней, как болезнь Альцгеймера, поэтому понимание механизмов клеточного омоложения может помочь исследователям разобраться в изменениях, происходящих в стареющей нервной системе.
При этом речь пока не идёт о технологии, способной омолодить человека на 60 лет или обратить вспять старение всего организма. Учёные продемонстрировали омоложение клеток в лабораторных условиях, а не готовый метод лечения.
Тем не менее возможность наблюдать, как старые человеческие клетки постепенно возвращаются в молодое состояние, открывает новые перспективы для исследований. Как подчеркнул Брюстле, возраст остаётся важнейшим фактором риска нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера. Именно поэтому понимание того, как клетки могут избавляться от молекулярных признаков старения, представляет особую ценность.
