Новое исследование, проведенное исследователями из Калифорнийского университета в Беркли, представляет собой серьезное продвижение в понимании молекулярных механизмов старения, давая новые надежды на разработку целенаправленных методов лечения дегенеративных заболеваний, связанных с возрастом.
Исследователи смогли вернуть молекулярные часы, вливая стволовые клетки крови старых мышей геном долголетия и омолаживая восстановительный потенциал старых стволовых клеток. Выводы были опубликованы онлайн на прошлой неделе (четверг, 31 января), в журнале Cell Reports.
Биологи обнаружили, что SIRT3, один из классов белков, известных как сиртуины, играет важную роль в том, чтобы помочь старым стволовым клеткам справиться со стрессом. Когда они вводили стволовые клетки крови старых мышей с SIRT3, лечение усиливало образование новых клеток крови, что свидетельствовало об обратном в возрастном снижении функции старых стволовых клеток.
«Мы уже знаем, что сиртуины регулируют старение, но наше исследование действительно является первым, демонстрирующим, что сиртуины могут изменить дегенерацию, связанную со старением, и я думаю, что это очень интересно», – сказал главный исследователь исследования Даника Чен, младший научный сотрудник Университета Калифорнии по науке о питании и токсикологии. «Это открывает двери для потенциальных методов лечения дегенеративных заболеваний, связанных с возрастом».
Чэнь отметил, что за последние 10-20 лет произошли прорывы в понимании учеными старения. Вместо неконтролируемого случайного процесса старение теперь считается высоко регулируемым как развитие, открывая его для возможных манипуляций.
«Мощный фонтан молодости»
«Исследования уже показали, что даже одна мутация гена может привести к продлению срока службы», – сказал Чэнь. «Вопрос в том, можем ли мы понять процесс достаточно хорошо, чтобы мы могли реально создать молекулярный фонтан молодости. Можем ли мы фактически обратить вспять старение? Это то, что мы надеемся понять и выполнить ».
Чэнь работал с Дэвидом Скадденом, директором Центра регенеративной медицины в Массачусетской больнице общего профиля и со-директором Института стволовых клеток Гарварда.
Сиртуины проявили внимание в этом задании, поскольку важность этого семейства белков в процессе старения становится все более очевидной. Примечательно, что SIRT3 обнаружен в митохондриях клетки, клеточном отделении, которое помогает контролировать рост и смерть, а предыдущие исследования показали, что ген SIRT3 активируется во время ограничения калорий, что, как было показано, увеличивает продолжительность жизни у разных видов.
Чтобы оценить влияние старения, исследователи изучили функцию взрослых стволовых клеток. Взрослые стволовые клетки отвечают за поддержание и восстановление ткани, функцию, которая разрушается с возрастом. Они были сосредоточены на кроветворных или кроветворных клетках из-за их способности полностью восстанавливать систему крови, которая лежит в основе успешной трансплантации костного мозга.
Сначала исследователи обнаружили систему крови у мышей, у которой был отключен ген для SIRT3. Удивительно, но среди молодых мышей отсутствие SIRT3 не имело никакого значения. Только когда время подкралось к мышам, все изменилось. В зрелом возрасте два года у SIRT3-дефицитных мышей было значительно меньше стволовых клеток крови и уменьшена способность к регенерации новых клеток крови по сравнению с обычными мышами того же возраста.
Что стоит за возрастом? Похоже, что в молодых клетках стволовые клетки крови функционируют хорошо и имеют относительно низкий уровень окислительного стресса, что является бременем на организм, которое является следствием вредных побочных продуктов метаболизма. На этом юношеском этапе нормальная антиоксидантная защита организма может легко справляться с низким уровнем стресса, поэтому различия в SIRT3 менее важны.
«Когда мы становимся старше, наша система тоже не работает, и мы либо генерируем больший окислительный стресс, либо не можем ее удалить, поэтому уровни нарастают», – сказал Чэнь. «При этом условии наша нормальная антиокислительная система не может позаботиться о нас, поэтому нам нужно, чтобы SIRT3 ударил, чтобы повысить антиоксидантную систему. Однако уровни SIRT3 также снижаются с возрастом, поэтому со временем система перегружена ».
Старые мыши, новая кровь
Чтобы узнать, могут ли повысить уровни SIRT3, исследователи увеличили уровни SIRT3 в стволовых клетках крови у старых мышей. Этот эксперимент омолодил старые стволовые клетки крови, что привело к улучшению продуцирования клеток крови.
Остается неизвестным, может ли чрезмерное выражение SIRT3 продлить жизнь, но Чэнь отметил, что продление срока службы – не единственная цель для этой области исследований. «Основной целью старения является использование знаний о генетической регуляции для лечения связанных с возрастом заболеваний», – сказала она.
Исследование со-ведущего автора Кэтрин Браун, которая проводила исследование в качестве доктора наук Беркли. студент в лаборатории Чена, сказал, что SIRT3 имеет определенный потенциал в этом отношении.
«Другие исследователи продемонстрировали, что SIRT3 действует как супрессор опухоли», – сказал Браун. «Это многообещающе, потому что в идеале вам нужна омолаживающая терапия, где вы могли бы увеличить экспрессию белка, не увеличивая риск таких заболеваний, как рак».
Другим соавтором этого исследования является Стефани Се, последипломный сотрудник Центра регенеративной медицины Массачусетской больницы на момент проведения исследования. Се теперь является докторантом в Университете Торонто.
Ряд источников финансирования поддержал это исследование, в том числе программу ученых Сирле, Национальные институты здравоохранения и Институт стволовых клеток Зибеля.