Новое исследование, проведенное учеными из Калифорнийского университета в Беркли, представляет собой серьезный шаг вперед в понимании молекулярных механизмов старения и дает новую надежду на разработку целевых методов лечения возрастных дегенеративных заболеваний.
Исследователи смогли повернуть вспять молекулярные часы, введя в стволовые клетки крови старых мышей ген долголетия и омолаживая регенеративный потенциал старых стволовых клеток. Результаты будут опубликованы в Интернете в четверг, январь. 31, в журнале Cell Reports.
Биологи обнаружили, что SIRT3, один из класса белков, известных как сиртуины, играет важную роль, помогая стареющим стволовым клеткам крови справляться со стрессом. Когда они вливали SIRT3 в стволовые клетки крови старых мышей, лечение усиливало образование новых клеток крови, что свидетельствует об обратном возрастном снижении функции старых стволовых клеток.
"Мы уже знаем, что сиртуины регулируют старение, но наше исследование действительно первое, демонстрирующее, что сиртуины могут обратить вспять дегенерацию, связанную со старением, и я думаю, что это очень интересно," сказала главный исследователь исследования Даника Чен, доцент кафедры питания и токсикологии Калифорнийского университета в Беркли. "Это открывает возможности для лечения возрастных дегенеративных заболеваний."
Чен отметил, что за последние 10-20 лет в понимании старения учеными произошел прорыв. Вместо неконтролируемого случайного процесса старение теперь считается столь же строго регулируемым, как и развитие, открывая его для возможных манипуляций.
"Молекулярный фонтан молодости"
"Исследования уже показали, что даже одна мутация гена может привести к увеличению продолжительности жизни," сказал Чен. "Вопрос в том, сможем ли мы понять процесс достаточно хорошо, чтобы действительно создать молекулярный фонтан молодости. Можем ли мы обратить вспять старение?? Это то, что мы надеемся понять и достичь."
Чен работал с Дэвидом Скэдденом, директором Центра регенеративной медицины при Массачусетской больнице общего профиля и содиректором Гарвардского института стволовых клеток.
Сиртуины оказались в центре внимания в этом поиске, поскольку важность этого семейства белков для процесса старения становится все более очевидной. Примечательно, что SIRT3 обнаружен в митохондриях клетки, клеточном компартменте, который помогает контролировать рост и смерть, и предыдущие исследования показали, что ген SIRT3 активируется во время ограничения калорий, что, как было показано, увеличивает продолжительность жизни у различных видов.
Чтобы оценить эффекты старения, исследователи изучили функцию взрослых стволовых клеток, которые отвечают за поддержание и восстановление тканей; это функция, которая ломается с возрастом. Они сосредоточились на гемопоэтических или кроветворных стволовых клетках из-за их способности полностью восстанавливать систему крови, способности, которая лежит в основе успешной трансплантации костного мозга.
Исследователи впервые наблюдали кровеносную систему мышей, у которых отключен ген SIRT3. Удивительно, но среди молодых мышей отсутствие SIRT3 не имело никакого значения. Только когда время подкралось к мышам, все изменилось. К зрелому возрасту двух лет у мышей с дефицитом SIRT3 было значительно меньше стволовых клеток крови и уменьшилась способность регенерировать новые клетки крови по сравнению с обычными мышами того же возраста.
Что за разница в возрасте? Похоже, что в молодых клетках стволовые клетки крови функционируют хорошо и имеют относительно низкий уровень окислительного стресса, который представляет собой нагрузку на организм, возникающую из-за вредных побочных продуктов метаболизма. На этом юном этапе нормальная антиоксидантная защита организма может легко справляться с низким уровнем стресса, поэтому различия в SIRT3 менее важны.
"Когда мы стареем, наша система перестает работать, и мы либо генерируем больше окислительного стресса, либо не можем его удалить, поэтому уровни накапливаются," сказал Чен. "В этом состоянии наша нормальная антиоксидантная система не может позаботиться о нас, поэтому нам нужен SIRT3, чтобы активировать антиоксидантную систему. Однако уровни SIRT3 также снижаются с возрастом, поэтому со временем система перегружается."
Старые мыши, новая кровь
Чтобы увидеть, может ли повышение уровня SIRT3 иметь значение, исследователи увеличили уровни SIRT3 в стволовых клетках крови старых мышей. Этот эксперимент омолодил старые стволовые клетки крови, что привело к увеличению производства клеток крови.
Еще неизвестно, может ли сверхэкспрессия SIRT3 действительно продлить жизнь, но Чен указал, что увеличение продолжительности жизни – не единственная цель этой области исследований. "Основная цель в области старения – использовать знания о генетической регуляции для лечения возрастных заболеваний," она сказала.
Со-ведущий автор исследования Кэтрин Браун, которая проводила исследование как доктор философии Калифорнийского университета в Беркли.D. студент в лаборатории Чена сказал, что у SIRT3 есть некоторый потенциал в этом отношении.
"Другие исследователи продемонстрировали, что SIRT3 действует как опухолевый супрессор," сказал Браун. "Это многообещающе, потому что в идеале хотелось бы иметь омолаживающую терапию, при которой вы могли бы увеличить экспрессию белка без увеличения риска таких заболеваний, как рак."