Стволовые клетки стареющего костного мозга рециркулируют свои собственные молекулы для выживания и продолжают пополнять кровь и иммунные системы по мере того, как возрасты организма, исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) обнаружили.
Процесс рециркуляции, известный как аутофагия или самообслуживание, включает повторное использование молекул и химическую энергию, полученную из этих молекул, чтобы противостоять убивающему эффекту метаболического стресса, который усиливается по мере роста организма.
Обнаружение, сообщенное онлайн 6 февраля в журнале Nature, показало, что аутофагия позволяет стволовым клеткам избегать альтернативного ответа на стресс, который является запрограммированным клеточным самоубийством, в котором клетки, которые не до табака, убивают себя для большего блага.
Хотя этот трюк аутофагии может помочь задержать начало анемии, неудачи иммунной системы и другие болезни, которые происходят с возрастом, как стратегия выживания, это немного компромисс, сказал старший автор исследования Эммануэль Пассегу, доктор философии, Эли и Эдит Большой центр регенерационной медицины и исследований стволовых клеток в UCSF.
По ее словам, аутофагия может увеличить риск развития рака, позволив старым стволовым клеткам выживать, несмотря на то, что на протяжении всей жизни они накопили рискованные мутации.
«Почти все злокачественные новообразования крови начинаются в нише стволовых клеток», – сказал Пассегу. Многие из самых смертоносных и наиболее распространенных видов рака крови – например, острый миелолейкозный лейкоз – появляются из поврежденных стволовых клеток и становятся все более распространенными с возрастом.
По ее словам, попытка стабилизации старых стволовых клеток крови и иммунной системы без риска развития рака является одной из следующих больших проблем в биомедицинских исследованиях.
«Наш следующий шаг – посмотреть в стволовые клетки, чтобы понять, что идет не так, поскольку они начинают плохо работать с возрастом».
Аутофагия – это метаболический стресс-ответ
Общий вывод исследования состоял в том, что аутофагия запускается в крови или кроветворных стволовых клетках, когда включен генетический переключатель FOXO3A. Исследователи показали, что этот процесс не активируется в более зрелых специализированных клетках крови или иммунной системы.
«Наше исследование показывает, что аутофагия – это механизм реакции стресса, который специально защищает стволовые клетки», – сказал Пассегу. «Это способ очистки внутри клетки, которая освобождает аминокислоты и питательные вещества, чтобы стволовые клетки могли использовать эту энергию, чтобы выжить, лишившись факторов роста в нише костного мозга, где они проживают».
В своих экспериментах исследователи показали, что метаболический стресс в гемопоэтических стволовых клетках, растущих в блюде, в этом случае обусловлен отсутствием цитокинов, которые участвуют в передаче клеток, и факторами роста, которые стимулируют процессы роста в инициированном клеткой FOX03A- управляемая аутофагия. Только тогда, когда этим клеткам не удалось активировать аутофагию, они совершили самоубийство.
Аналогично, у мышей, лишенных пищи в течение 24 часов, гемопоэтические стволовые клетки активировали аутофагию. Примечательно, что мыши, генетически сконструированные с отсутствием ключевого компонента биохимического механизма аутофагии, не могли активировать аутофагию в ответ на лишение пищи и в результате потеряли гемопоэтические стволовые клетки.
Ученые ранее предположили, что одним из факторов старения может быть то, что гемопоэтические стволовые клетки становятся менее способными к аутофагии, чтобы спасти себя. Но когда лабораторная группа Passegué сравнивала гемопоэтические стволовые клетки от старых и молодых мышей, они обнаружили, что аутофагия всегда активна у старых мышей, но не у молодых и, возможно, менее стрессовых мышей.
«Мы были очень удивлены, – сказал Пассегу. «Мы ожидали, что этот механизм будет разрушаться в старых стволовых клетках». На самом деле исследователи UCSF показывают обратное, что старые стволовые клетки абсолютно полагаются на аутофагию для выживания и умирают, когда они блокируются.
По словам Пассеге, связанная с возрастом деградация среды костного мозга, по мнению Пассегу, ограничивает доступность питания и факторов роста к старым стволовым клеткам. По ее словам, такой метаболический стресс может привести к повреждению стволовых клеток и сбоям в работе.