Дослідники Інституту Бабрахам (США) відкрили метод омолодження клітин шкіри людини на 30 років, повернувши час старіння клітин назад, не втрачаючи їх функції.
Робота дослідників з дослідницької програми епігенетики вищезгаданого Інституту змогла частково відновити функцію старих клітин, а також омолодити молекулярні вимірювання біологічного віку. Дослідження було опубліковано сьогодні в журналі "eLife", і, хоча воно знаходиться на ранній стадії дослідження, воно може зробити революцію в регенеративній медицині.
Коли ми старіємо, здатність наших клітин функціонувати знижується, а геном накопичує позначки віку. Регенеративна біологія спрямована на відновлення або поповнення клітин, у тому числі живих.
Одним із найважливіших інструментів регенеративної біології є її здатність створювати індуцибельні клітини. Цей процес є результатом кількох кроків, кожен із яких стирає деякі позначки, які змушують клітини спеціалізуватися. Теоретично ці стовбурові клітини мають потенціал для перетворення в клітини будь-якого типу, але вчені ще не можуть достовірно відтворити умови для повторної диференціації стовбурових клітин у всі типи клітин.
Одним із найважливіших інструментів регенеративної біології є її здатність створювати клітини для індукції
Новий метод, заснований на техніці, яка була відзначена Нобелівською премією, яку вчені використовують для створення стовбурових клітин, долає проблему повного стирання ідентичності клітини шляхом припинення перепрограмування у завислій частині процесу. Це дозволило дослідникам досягти правильного балансу між перепрограмуванням клітин, зробивши їх біологічно молодшими, і водночас вони змогли відновити свою спеціалізовану клітинну функцію.
У 2007 році Шинья Яманака вперше перетворив нормальні клітини, які виконують певну функцію, на зрілі клітини, які мають особливу здатність перетворюватися на певний тип клітин. Весь процес перепрограмування стовбурових клітин займає близько 50 днів з використанням чотирьох ключових молекул, які називаються факторами Яманака.
Новий метод під назвою «перепрограмування фази дозрівання» піддає клітини впливу факторів Яманаки лише на 13 днів. У цей час зміни, пов’язані з ліжком, видаляються, а клітини тимчасово кам’яні над їх ідентичністю. Частково перепрограмованим клітинам дають час, щоб вирости в нормальних умовах, щоб побачити, чи відновиться їх специфічна функція клітин шкіри. Аналіз геному показав, що клітини відновили характерні ознаки клітин шкіри (фібробласти), що підтверджено спостереженням за виробництвом колагену в перепрограмованих клітинах.
Щоб показати, що клітини омолоджуються, дослідники шукають зміни в ознаках старіння.
Як пояснив Діджет Гілл, «наше розуміння старіння на молекулярному рівні прогресувало за останнє десятиліття, що призвело до методів, які дозволяють дослідникам вимірювати пов’язані з віком біопрепарати в клітинах людини. Ми змогли застосувати це до нашого експерименту, щоб визначити ступінь перепрограмування, яке змінило наш новий метод».
Перепрограмовані клітини відповідають профілю клітин, які будуть на 30 років молодшими порівняно з контрольними групами
Дослідники розглянули кілька способів визначення віку клітини: епігенетичний годинник, де хімічні мітки, присутні по всьому геному, вказують на вік, і транскриптом, усі зчитування генів, вироблені клітиною. На основі цих двох показників перепрограмовані клітини відповідають профілю клітин, які будуть на 30 років молодшими порівняно з контрольними наборами даних.
Потенційне застосування цієї методики залежить від того, чи клітини не тільки виглядають молодшими, але й функціонують як молоді клітини. Фібробласти виробляють колаген, молекулу, що міститься в кістках, шкірі, сухожиллях і зв’язках, яка допомагає структурувати тканини та загоювати рани. Омолоджені фібробласти виробляли більше білків колагену порівняно з контрольними клітинами, чого не відбувалося під час процесу перепрограмування. Фібробласти також переміщуються в області, які потребують відновлення.
Дослідники досліджували частково омолоджені клітини і виявили, що оброблені фібробласти знімаються в напрямку до розриву швидше, ніж старі клітини. Це багатообіцяюча ознака того, що одного разу це дослідження можна буде використати для створення клітин, які краще загоюють рани.
Ми довели, що клітини можна омолодити, не втрачаючи їх функції, і що омолодження спрямоване на відновлення деяких функцій старих клітин.
У майбутньому це дослідження може також відкрити інші терапевтичні можливості; Дослідники відзначили, що метод також включає витверезний ефект генів, пов'язаних з ув'язненням, і синдромів, пов'язаних з освітою. Ген APBA2, пов’язаний з хворобою Альцгеймера, і ген MAF, який відіграє роль у розвитку катаракти, показали зміни в бік ювенільних рівнів транскрипції.
Механізм успішного тимчасового перепрограмування ще не повністю зрозумілий, і це наступна частина головоломки, яку потрібно дослідити. Привіт. Дослідники припускають, що ключові ділянки геному, які беруть участь у формуванні ідентичності клітини, можуть уникнути процесу перепрограмування.
Ділджет робить висновок, що «наші результати являють собою великий крок вперед у розумінні перепрограмування клітин. Ми довели, що клітини можна омолодити, не втрачаючи їх функції, і що омолодження спрямоване на відновлення деяких функцій старих клітин. Той факт, що ми також спостерігали зміну маркерів старіння в генах, пов’язаних із захворюваннями, є особливо багатообіцяючим».
Мануель Серрано
Фактори Яманака
Вчені з лабораторії Cellular Plasticity and Disease Барселонського інституту досліджень біомедицини (IRB) під керівництвом дослідника ICREA Мануеля Серрано зуміли омолодити деякі органи та тканини мишей за допомогою циклу перепрограмування клітин. Зокрема, вчені спостерігали значні зміни в підшлунковій залозі, печінці, селезінці та крові гризунів.
«Мета цієї роботи полягала в тому, щоб визначити початкові процеси перепрограмування in vivo та клітинного омолодження з ідеєю виявлення тих, які можна було б залучити до майбутніх досліджень, або за допомогою ліків, або на рівні харчування», — пояснює Серрано.
У дослідженні, опублікованому в журналі «Aging Cell», дослідники вивчали вплив одного циклу стимуляції факторів Яманака, щоб краще визначити задіяні механізми.
Для цього вони проаналізували зміни, які відбуваються зі старінням у метаболізмі, експресії генів і стані ДНК клітин, а також те, як вони частково скасовуються шляхом перепрограмування.
«Ми хотіли вивчити початкові наслідки процесу омолодження, і для нас було приємним сюрпризом спостерігати покращення на молекулярному рівні, які витверезили все в підшлунковій залозі», — підсумувала Дафні Чондронасіу, перший автор статті.
