Люди с редким заболеванием под названием синдром Вернера седеют в 20, обретают катаракту и остеопороз в 30 и умирают, не достигнув 60 лет. Сегодня учёные создали новый класс устойчивых стволовых клеток, несущих генетический дефект, который вызывает болезнь. На основании анализа было высказано предположение, что слабо скрученные молекулы ДНК подвергаются ускоренному физическому разрушению, обусловливая синдром Вернера и провоцируя старение и других клеток популяции.
На протяжении длительного времени исследователи пытались понять, действительно ли такие болезни как синдром Вернера у взрослых и синдром Хатчинсона-Гилфорда у детей вызваны ускоренным старением. Одним из многообещающих подходов было тщательное изучение плюрипотентных, порождающих любые ткани организма, стволовых клеток пациентов. Четыре года тому назад, например, в Институте биологических наук (Сан Диего, Калифорния, США) взяли стволовые клетки у пациентов с синдромом Хатчинсона-Гилфорда с целью трансформировать их в один вид стволовых клеток – плюрипотентные стволовые клетки.
Однако, когда учёные попытались подвергнуть такой же трансформации клетки от больных синдромом Вернера, они не смогли этого сделать. Клетки были слишком разрушены, чтобы получить из них плюрипотентные стволовые клетки. Тогда учёные пошли другим путем. Вследствие мутации один из 200000 людей, страдает синдромом Вернера или имеет недостаток белка Вернера, целью которого является копирование ДНК или создание её дефектного варианта. Исследователи получили стволовые клетки из человеческого эмбриона, который имел нормальный ген Вернера. Затем они отделили две малюсенькие частички гена, создавая таким образом стволовые клетки эмбриона, лишённые протеина Вернера.
Стволовые клетки эмбриона могут породить любой тип клеток тела, и поначалу учёные полагали, что создали нормальные клетки. Однако синдром Вернера предполагает наличие дефектов в мезенхимальных стволовых клетках, являющихся прародителями жира, хрящей и костных тканей. Когда эмбриональные стволовые клетки попытались превратить в мезенхимальные, они начали быстро стареть. Среди мезенхимальных клеток превалировали клетки с поврежденными ДНК, что является признаком старения. Они постепенно теряли способность к делению и обнаруживали другие признаки вхождения в фазу клеточного застоя, известного как клеточное старение. Мезенхимальные клетки также обнаружили признаки старения.
Ряд исследований подтверждает, что организмы стареют по мере изменения строения их ДНК. Молекула ДНК в организме не остаётся в свободном состоянии. Наши клетки «обёртывают» свой генетический материал вокруг протеинов с целью образования хроматина. Молодые, энергичные клетки расходую часть своего хроматина на создание некоторого упорядоченного образования под названием гетерохроматин.
Исследование мезенхимальных стволовых клеток, полученных из зубов молодых людей, людей среднего возраста и пожилых показали, что количество гетерохроматина у последних меньше.
Таким образом, скорее всего именно аномальные структуры хроматина ответственны за старение больных синдромом Вернера. Если сокращение количества хроматина действительно ведёт к старению, необходимо определить, как это происходит. Ослабление ДНК подавляет работу генов, а уменьшение количества гетерохроматина в клетке может включить те гены, которые должны быть выключены. Гетерохроматин также держит под управлением подвижные элементы – сегменты ДНК, которые перепрыгивают с места на место в нашем геноме. Уменьшение количества гетерохроматина может оказаться тем спусковых крючком, которые вызывает мутации с каждым таким движением.