Накопление клеток с большим количеством белка p16 препятствует омоложению тканей. К такому выводу ученые пришли после экспериментов, которые показали: если удалить «стареющие» клетки, богатые р16, то культуры, проходящие процедуру ре-программирования, приобретают признаки стволовых клеток эффективнее, возвращая свою «молодость». Это открытие поможет в разработке подходов для замедления старения и увеличения продолжительности и качества жизни. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Nature Cell Biology.
По мере старения человеческого организма в клетках и тканях происходят значительные перестройки: изменяется работа генов, усиливаются окислительные и воспалительные процессы, что приводит к дисфункциям клеток и снижению потенциала регенерации (восстановления). Чтобы бороться с этим, ученые исследуют способы омоложения тканей путем «перепрограммирования» взрослых высоко дифференцированных клеток, получивших определенную специализацию. Идея состоит в том, чтобы, действуя определенными стимулами, запустить в клетке гены и процессы, которые были свойственны ей «в молодости», и тем самым превратить ее в стволовую клетку. Далее, превращая полученные стволовые клетки в определенный тип клеток (сердечную, мышечную или другую) мы можем «выращивать» тот или иной орган или омолаживать стареющие органы и ткани. Однако эксперименты показывают, что не все ткани удается превратить в стволовые, а полученные стволовые клетки — не во все необходимые нам типы взрослых клеток. Это происходит, в частности, из-за накопления некоторых молекул, препятствующих перепрограммированию.
Ученые из Института цитологии РАН (Санкт-Петербург), Университета «Сириус» (Федеральная территория Сириус) с коллегами из Франции, Германии и Китая выяснили, что такие молекулы производятся «стареющими» клетками, накопившими большое количество белка р16. Этот белок блокирует процесс деления клеток и служит одним из важных маркеров старения. Авторы провели эксперименты с генетически модифицированными фибробластами мышей — клетками соединительной ткани, в геном которых искусственно были вставлены гены четырех белков-факторов репрограммирования, называемых факторами Яманаки 4F, в честь открывшего их японского ученого, получившего за это Нобелевскую премию. Эти белки запускают процессы, возвращающие взрослые клетки в состояние стволовых.
Оказалось, что в популяции кожных фибробластов, в которых эти четыре гена искусственно активировали, часть клеток действительно превратилась в стволовые, однако кроме них появились и клетки с высоким уровнем белка p16, которые тормозили формирование колоний стволовых клеток. Напротив, в культурах, лишенных «стареющих» p16-богатых клеток, количество стволовых увеличивалось, и было обнаружено в три раза больше молекул-маркеров, свойственных стволовым клеткам. Таким образом удалось определить, что присутствие p16-богатых клеток препятствует успешному перепрограммированию стареющих клеток.
Затем ученые получили стволовые клетки, запустив репрограммирование фибробластов, среди которых не было стареющих клеток с высоким уровнем белка р16. Полученные колонии смешали с клетками мышиных эмбрионов и доказали, что первые активно участвуют в развитии зародыша и превращаются в абсолютно любые типы клеток. Это говорит о том, что удаление «стареющих» p16-богатых клеток при репрограммировании позволяет получить клеточные культуры, которые действительно обладают всеми признаками и способностями универсальных стволовых клеток, а также способны давать начало любым тканям.
Исследователи дополнительно подтвердили, что удаление «стареющих» клеток замедлило процессы старения печени. Эта модель интересна тем, что с возрастом в печени усиливается разрастание соединительной ткани и образуются рубцы, приводящие к тому, что орган теряет способность обезвреживать опасные токсические вещества в крови. При обработке ткани печени сенолитиками — препаратами, убивающими стареющие клетки, — а также активации в клетках факторов Яманаки площадь фиброза уменьшилась, а разрастание «молодых» эндотелиальных клеток, наоборот, усилилось.
«Результаты исследования показали, что удаление из тканей клеток с высоким уровнем белка p16 улучшает протоколы перепрограммирования. Опираясь на это наблюдение, можно будет повысить эффективность получения стволовых клеток для лечения многих заболеваний и омоложения различных органов и тканей. В дальнейшем мы планируем изучить роль «стареющих» клеток при болезнях, ассоциированных со старением, например, исследовать, как стареющие клетки влияют на чувствительность раковых клеток к лекарственной терапии», — рассказывает руководитель проекта РНФ, Олег Демидов, профессор НТУ «Сириус», доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной медицины Института цитологии РАН.