Новая работа ученых в рамках исследовательской программы Института эпигенетики позволила частично восстановить функцию старых клеток, а также омолодить молекулярные показатели биологического возраста. Исследование опубликовано в журнале eLife. И, хотя эта тема все еще находится на ранней стадии изучения, она может произвести революцию в регенеративной медицине.
Что такое регенеративная медицина?
С возрастом способность клеток человека функционировать снижается, и в геноме накапливаются следы старения. Регенеративная биология направлена на восстановление или замену клеток. Одним из важнейших инструментов регенеративной биологии является наша способность создавать «индуцированные» стволовые клетки. Этот процесс — результат нескольких шагов, каждый из которых стирает некоторые из меток, которые делают клетки специализированными. Теоретически, эти стволовые клетки могут стать клетками любого типа. Проблема в том, что пока ученые не могут надежно воссоздать условия для повторной дифференцировки стволовых клеток во все типы клеток.
Обратить время вспять
Новый метод, основанный на технологии, получившей Нобелевскую премию, которую ученые используют для создания стволовых клеток, решает проблему полного стирания клеточной идентичности, останавливая перепрограммирование на каком-то этапе процесса. Таким образом, ученые нашли точный баланс между перепрограммированием клеток, что делает их биологически моложе, но при этом позволяет восстановить их специализированные клеточные функции.
В 2007 году Шинья Яманака был первым ученым, который превратил нормальные клетки, выполняющие определенную функцию, в стволовые, которые обладают особой способностью развиваться в клетки любого типа. Полный процесс перепрограммирования стволовых клеток занимает около 50 дней и требует использования четырех ключевых молекул, которые называются факторами Яманаки.
Новый метод, который ученые назвали «преходящее перепрограммирование фазы созревания», подвергает клетки воздействию факторов Яманаки всего на 13 дней. В этот момент удаляются возрастные изменения и клетки временно теряют свою «индивидуальность». Частично перепрограммированным клеткам кожи дали время для роста в нормальных условиях, чтобы посмотреть, вернется ли их специфическая. Анализ генома показал, что они вновь «получили» характерные маркеры, в данном случае — фибробласты. Ученые подтвердили результаты, когда наблюдали продукцию коллагена в перепрограммированных клетках.
Возраст — это не просто число
Чтобы показать, что клетки омолодились, исследователи искали изменения в признаках старения. Как объяснил доктор Дилджит Гилл из лаборатории Вольфа Рейка в Институте Бабрахама: «Наше понимание старения на молекулярном уровне расширилось за последнее десятилетие. Это привело к появлению методов, которые позволяют ученым измерять связанные с возрастом биологические изменения в клетках человека. Мы применили это в нашем эксперименте».
Исследователи изучили несколько показателей клеточного возраста. Во-первых, это эпигенетические часы, где химические метки, присутствующие в геноме, указывают на возраст. Второй — это транскриптом, все считывания генов, производимые клеткой. По этим двум показателям перепрограммированные клетки соответствовали профилю клеток, которые были на 30 лет моложе по сравнению с эталонными наборами данных.
Что в итоге?
На потенциальное применение этой техники влияет то, что клетки не только выглядят, но и функционируют, как молодые. Фибробласты производят коллаген, молекулу, обнаруженную в костях, кожных сухожилиях и связках, помогая придавать структуру тканям и заживлять раны. Омоложенные фибробласты продуцировали больше белков коллагена по сравнению с контрольными клетками, которые не подвергались процессу перепрограммирования. Также они перемещаются в те области, которым требуется восстановление.
Как отметили авторы новой работы, метод также оказал влияние на другие гены, связанные с возрастными заболеваниями и симптомами. Ген APBA2, связанный с болезнью Альцгеймера, и ген MAF, играющий роль в развитии катаракты, показали изменения в сторону юношеского уровня транскрипции. Это расширит применение технологии.
Читать далее:
Внутри Земли есть еще «планета»: как она спасла зарождающуюся жизнь
Новое исследование опровергает теорию о передаче световой энергии
Ученые добавили в квантовый компьютер кремний: вычисления стали рекордно точными