Клітини старих людей омолоджувались за допомогою технології стовбурових клітин

Стенфордські дослідники та їх колеги виявили, що старі клітини людини можуть стати більш молодими, умовляючи їх короткочасно експресувати білки, що використовуються для створення індукованих плюрипотентних клітин. Висновок може мати наслідки для досліджень старіння.

Старі клітини людини повертаються до більш молодого та енергійного стану після того, як їх спонукали короткочасно експресувати групу білків, що беруть участь у ембріональному розвитку, згідно з новим дослідженням дослідників з Медичної школи Стенфордського університету.

Дослідники також виявили, що літні миші відновили молоді сили після того, як їхні наявні м'язові стовбурові клітини були піддані омолоджуючій обробці білками і пересаджені назад в їх тіло.

Білки, відомі як фактори Яманаки, зазвичай використовуються для трансформації дорослих клітин у індуковані плюрипотентні стовбурові клітини або клітини iPS. Індуковані плюрипотентні стовбурові клітини можуть стати майже будь-яким типом клітин в організмі, незалежно від клітини, з якої вони походять. Вони набули важливого значення в регенеративній медицині та розробці ліків.

Дослідження показало, що спонукання старих клітин людини в лабораторному посуді короткочасно експресувати ці білки перемотує багато молекулярних ознак старіння і робить оброблені клітини майже невідмінними від їх молодших аналогів.

"Коли клітини iPS виготовляються з дорослих клітин, вони стають і молодими, і плюрипотентними", - сказав Вітторіо Себастьяно, доктор філософії, доцент кафедри акушерства та гінекології та фахівець Факультету сім'ї Вудса з дитячої трансляційної медицини. «Ми деякий час задавались питанням, чи можливо просто перемотати годинник, що старіє, не викликаючи плюрипотентності. Зараз ми виявили, що, жорстко контролюючи тривалість впливу цих білкових факторів, ми можемо сприяти омолодженню в багатьох типах клітин людини ".

Себастьяно - старший автор дослідження, яке буде опубліковане в Інтернеті 24 березня в Природні комунікації. Колишній аспірант Тапаш Саркар, доктор філософії, є провідним автором статті.

"Ми дуже раді цим висновкам", - сказав співавтор дослідження Томас Рендо, доктор медичних наук, професор неврології та неврологічних наук та директор Стенфордського центру біології старіння Глена. «Ми з колегами займаємося омолодженням тканин, оскільки наші дослідження на початку 2000-х років показали, що системні фактори можуть зробити молоді старі тканини. У 2012 році ми з Говардом Чангом запропонували концепцію використання факторів перепрограмування для омолодження клітин і тканин, і приємно бачити докази успіху такого підходу ». Чанг, доктор медичних наук, професор дерматології та генетики в Стенфорді.

Вплив білків

Дослідники в лабораторії Себастьяно роблять клітини iPS з дорослих клітин, таких як ті, що складають шкіру, шляхом неодноразового впливу на них протягом приблизно двох тижнів групи білків, важливих для раннього ембріонального розвитку. Вони роблять це шляхом введення щоденних короткочасних повідомлень про РНК у клітини дорослих. Повідомлення РНК кодують інструкції щодо виготовлення білків Яманака. З часом ці білки перемотують долю клітин - відсуваючи їх назад по часовій шкалі розвитку, поки вони не стануть схожими на молоді ембріональні плюрипотентні клітини, з яких вони походять.

Під час цього процесу клітини не тільки втрачають спогади про свої попередні особи, але вони повертаються до більш молодого стану. Вони здійснюють цю трансформацію, витираючи свою ДНК від молекулярних міток, які не лише диференціюють, скажімо, клітину шкіри від клітини серцевого м’яза, але й інших міток, які накопичуються в міру старіння клітини.

Нещодавно дослідники почали замислюватися, чи опромінення дорослих клітин білками Яманаки протягом днів, а не тижнів може спричинити цю молодіжну реверсію, не викликаючи повного плюрипотентності. Фактично, дослідники з Інституту біологічних досліджень Салка виявили в 2016 році, що короткий виклад чотирьох факторів Яманаки у мишей із формою передчасного старіння продовжує життя тварин приблизно на 20%. Але не було зрозуміло, чи такий підхід спрацює у людей.

Саркар і Себастьяно задавались питанням, чи реагуватимуть старі клітини людини подібним чином, і чи буде відповідь обмежена лише кількома типами клітин чи узагальнена для багатьох тканин. Вони розробили спосіб використання генетичного матеріалу, який називається месенджер-РНК, для тимчасового вираження шести факторів перепрограмування - чотирьох факторів Яманаки та двох додаткових білків - в клітинах шкіри та кровоносних судин людини. РНК месенджера швидко руйнується в клітинах, що дозволяє дослідникам жорстко контролювати тривалість сигналу.

Потім дослідники порівняли схеми експресії генів оброблених клітин та контрольних клітин, отриманих від дорослих людей похилого віку, з нелікованими клітинами молодих людей. Вони виявили, що клітини літніх людей виявляли ознаки зміни старіння вже через чотири дні впливу факторів перепрограмування. Тоді як необроблені літні клітини експресували більш високий рівень генів, пов'язаних з відомими шляхами старіння, оброблені літні клітини більше нагадували молоді клітини за своїми моделями експресії генів.

Коли дослідники вивчали закономірності старіння хімічних міток, званих метильними групами, які служать показником хронологічного віку клітини, вони виявили, що оброблені клітини в середньому виявляються приблизно на 1½-3,5 роки молодшими, ніж необроблені клітини літніх людей., з піками 3½ року (у клітинах шкіри) та 7½ років (у клітинах, що вистилають кровоносні судини).

Порівняння ознак старіння

Далі вони порівняли кілька ознак старіння - зокрема, як клітини відчувають поживні речовини, метаболізують сполуки для створення енергії та утилізації клітинного сміття - серед клітин молодих людей, оброблених клітин старих людей та необроблених клітин старих людей.

"Ми спостерігали значне омолодження всіх ознак, крім одного у всіх випробовуваних типах клітин", - сказав Себастьяно. “Але наш останній і найважливіший експеримент був проведений на м’язових стовбурових клітинах. Хоча вони від природи наділені здатністю до самовідновлення, ця здатність з віком зменшується. Ми задавались питанням: чи можемо ми також омолодити стовбурові клітини та мати довгостроковий ефект? "

Коли дослідники пересадили старі стовбурові клітини м'язів миші, які були оброблені, літнім мишам, тварини відновили м'язову силу молодих мишей, вони виявили.

Нарешті, дослідники виділили клітини з хряща людей з остеоартритом та без нього. Вони виявили, що тимчасовий вплив остеоартритних клітин на фактори перепрограмування зменшує секрецію запальних молекул і покращує здатність клітин ділитися і функціонувати.

Зараз дослідники оптимізують панель перепрограмування білків, необхідних для омолодження клітин людини, і вивчають можливість лікування клітин або тканин, не виводячи їх з організму.

"Хоча потрібно зробити набагато більше роботи, ми сподіваємось, що одного разу ми матимемо можливість перезавантажити цілі тканини", - сказав Себастьяно. "Але спочатку ми хочемо переконатися, що це ретельно перевірено в лабораторії та визнано безпечним".

Іншими співавторами Стенфорда є колишній докторант, доктор філософії Марко Кварта; докторант Шравані Мукерджі, доктор філософії; аспірант Алекс Колвілл; наукові співробітники Патрік Пейн, Лінда Доан та Крістофер Тран; Констанс Чу, доктор медичних наук, професор ортопедичної хірургії; Стенлі Ці, доктор філософії, доцент кафедри біоінженерії та хімічної та системної біології; та Нідхі Бутані, доктор філософії, доцент кафедри ортопедичної хірургії.

Дослідження також внесли дослідники із системи охорони здоров’я у справах ветеранів Пало-Альто, Каліфорнійського університету-Лос-Анджелеса та Науково-дослідного інституту молекулярної медицини в Саннівейлі, штат Каліфорнія.

Дослідження підтримали Національний інститут охорони здоров’я (гранти R01 AR070865, R01 AR070864, P01 AG036695, R01 AG23806, R01 AG057433 та R01 AG047820), Фонд медичних досліджень Глена, Американська федерація досліджень старіння та Департамент у справах ветеранів.

Саркар, Кварта та Себастьяно є співзасновниками стартапу Turn Biotechnologies, компанії, яка застосовує описану в статті технологію для лікування старечих захворювань. Рендо є членом науково-консультативної ради.