Исследователи из Института Бабрахама разработали метод омоложения клеток кожи человека на 30 лет, обратив вспять биологические часы клеток без потери их специализированных функций. Работа исследователей в рамках программы Института эпигенетики позволила частично восстановить функцию старых клеток, а также омолодить молекулярные показатели биологического возраста. Это исследование находится на ранней стадии, но может революционизировать регенеративную медицину.
Что такое регенеративная медицина?
С возрастом способность клеток функционировать снижается, и геном накапливает признаки старения. Регенеративная медицина направлена на восстановление или замену клеток, в том числе старых. Одним из важных инструментов регенеративной биологии является создание индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Этот процесс состоит из нескольких этапов, каждый из которых сопровождается удалением некоторых меток, делающих клетки зрелыми, или дифференцированными. Теоретически индуцированные стволовые клетки могут стать клетками любого типа, но ученые пока не могут достоверно воссоздать условия для повторной дифференцировки во все типы клеток.
Исследователи искали тонкий баланс в репрограммировании, делающий зрелые клетки биологически моложе, и в то же время способными восстановить свои специализированные клеточные функции.
Повернуть время вспять
Для создания молодых клеток из старых, избегая полного стирания их идентичности и останавливая часть процесса репрограммирования, исследователи использовали метод, получивший Нобелевскую премию 2007 году: Синья Яманака был первым ученым, который превратил зрелые клетки, обладающие определенной функцией, в стволовые, обладающие особой способностью развиваться в любой тип клеток. Полный процесс репрограммирования клеток происходит в присутствии четырех ключевых факторов Яманаки и занимает около 50 дней.
Новый метод, описанный в данном исследовании, получил название «переходное репрограммирование фазы созревания» (maturation phase transient reprogramming). Клетки подвергаются воздействию факторов Яманаки всего 13 дней. В этот момент возрастные изменения удаляются, и клетки временно теряют свою идентичность. Частично репрограммированным клеткам дали время вырасти в нормальных условиях, чтобы понаблюдать, вернется ли их специфическая функция. Анализ генома показал, что клетки восстановили маркеры, характерные для клеток кожи (фибробластов), и это было подтверждено наблюдением за выработкой коллагена в репрограммированных клетках.
Возраст – это не просто цифра
Чтобы показать, что клетки были омоложены, исследователи оценили изменения признаков старения. Понимание старения на молекулярном уровне продвинулось за последнее десятилетие, породив методы, которые позволяют исследователям измерять возрастные биологические изменения в клетках. Исследователи применили эти знания в своем эксперименте, чтобы определить степень омоложения.
Исследователи использовали несколько показателей клеточного возраста. Первый – это эпигенетические часы, то есть химические метки, распространенные по всему геному, указывающие на возраст. Второй – транскриптом, все считывания генов, производимые клеткой. По этим двум показателям репрограммированные клетки соответствовали профилю клеток, которые были на 30 лет моложе по сравнению с контрольными наборами данных.
Потенциальные возможности применения этой техники связаны с тем, что клетки не только выглядят моложе, но и функционируют как молодые. Фибробласты производят коллаген – белок, который поддерживает структуру тканей и ускоряет заживление ран. Омоложенные фибробласты продуцировали больше коллагена по сравнению с контрольными клетками, которые не подвергались процессу репрограммирования.
В норме фибробласты перемещаются в области, которые нуждаются в регенерации. Исследователи протестировали частично омоложенные клетки, нанеся разрез в слое клеток in vitro. Они обнаружили, что омоложенные фибробласты перемещаются в искусственную рану быстрее, чем старые клетки. Это означает, что когда-нибудь данное исследование может быть использовано для создания клеток, которые лучше заживляют кожу и другие ткани.
В будущем эта работа может также открыть другие возможности: исследователи заметили, что их метод влияет на другие гены, связанные с возрастными заболеваниями и симптомами. Так, ген APBA2, связанный с болезнью Альцгеймера, и ген MAF, играющий роль в развитии катаракты, показали изменения в сторону юношеских уровней транскрипции.
Механизм, лежащий в основе успешного переходного репрограммирования, еще не полностью понят, и это следующая часть головоломки, которую нужно разгадать. Исследователи предполагают, что ключевые области генома, участвующие в формировании идентичности клеток, могут избежать процесса репрограммирования. Если им удастся идентифицировать гены, которые омолаживаются без репрограммирования, и специально «настроить» их на уменьшение последствий старения, то новый подход принесет ценные открытия в терапии возрастных заболеваний.
Статья D.Gill et al. Multi-omic rejuvenation of human cells by maturation phase transient reprogramming опубликована в журнале eLife.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» vechnayamolodost.ru по материалам Babraham Institute: A jump through time – new technique rewinds the age of skin cells by 30 years.
