Люксембургские ученые показали, что мозг можно «омолодить» с помощью стволовых клеток. Статья об исследовании, пока что проведенном на мышах, опубликована в журнале Cell.
Графический абстракт статьи, показывающие принцип работы найденного клеточного механизма (пояснение в тексте). Credit: Ana Martin-Villalba et al. Cell / 2019
Стволовые клетки – недифференцированные клетки, из которых могут развиться ткани нужных типов – нужны мозгу, чтобы регенерировать. С 90-х годов прошлого века известно, что мозг способен продуцировать новые нейроны. Некоторые организмы (например, аксолотли) даже умеют их встраивать на нужное место, чтобы «починиться» после травм. Однако, с марта 2018 дискуссия насчет возможностей нейрогенеза у взрослых людей открыта – некоторые ученые считают, что во взрослом возрасте нейрогенез прекращается вовсе (есть, правда, и несогласные). У мышей же этот процесс продолжается условно всю жизнь, постепенно сходя на нет с возрастом, поэтому исследователи его изучают с целью раскрыть механизмы полностью и постараться использовать эти знания для помощи людям.
Команда из Центра системной биомедицины Университета Люксембурга в соавторстве с коллегами из Немецкого центра исследования рака выяснила, можно ли активизировать стволовые клетки мозга. Главная проблема, по словам ученых, заключалась в том, что управлять поведением стволовых клеток сложно. Из-за того, что их жизнедеятельность тесно связана с массой других клеток и внеклеточных компонентов, оставалось неясным, что именно непосредственно «усыпляет» клетки и делает их неактивными.
Ученые нашли ответы внутри самой клетки. С помощью клеточной модели люксембургская часть команды во главе с доктором Антонио дель Солом (Antonio del Sol) нашла белки, которые ответственны за функциональное состояние конкретной стволовой клетки. Они определяют, будет она делиться или останется в состоянии покоя.
«Наша модель опирается на информацию о том, какие гены транскрибируются (то есть активны, при их считывании получается РНК – прим.ред.). Современные технологии клеточной биологии позволяют профилировать экспрессию генов в разрешении одной клетки», — говорит автор модели Шрикант Равичандран (Srikanth Ravichandran).
Выяснилось, что у старых мышей молекула sFRP5 сохраняет нейрональные стволовые клетки неактивными и предотвращает их пролиферацию (деление). При этом блокируется внутриклеточный сигнальный путь Wnt, необходимый для дифференцировки стволовых клеток в нужные виды нейронов.
Немецкие специалисты протестировали эту модель на реальных клеточных культурах, а затем и на мышах. Действительно, если нейтрализовать sFRP5, то деление стволовых клеток вновь активизируется. Более того, показатели клеточной активности и некоторые функции старых мышей становятся ближе к уровню молодых животных.
Ученые возлагают большие надежды на новый метод. Они считают, что эти результаты становятся важным шагом на пути к внедрению терапии на основе стволовых клеток, например, при нейродегенеративных заболеваниях.
«Мы смогли показать, что с помощью вычислительных моделей можно выявить существенные признаки, характерные для определенного состояния стволовых клеток», — говорят авторы.
Этот подход может помочь не только визучении мозга или при лечении неврологических заболеваний. Его также можно использовать и на стволовых клетках других органов.
Текст: Полина Гершберг
Quiescence Modulates Stem Cell Maintenance and Regenerative Capacity in the Aging Brainby Georgios Kalamakis, Daniel Brüne, Srikanth Ravichandran, Antonio del Sol, Anna Marciniak-Czochra, …, Ana Martin-Villalba in Cell. Published February 2019.
