Процесс старения нередко ассоциируется с замедленным восстановлением мышечных тканей после травм, однако исследователи, возможно, выявили коренную причину этого явления. В ходе эксперимента, проведённого специалистами Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе на мышиной модели, было установлено, что стареющие мышечные стволовые клетки накапливают избыточное количество определённого белка, что существенно тормозит их способность к трансформации и регенерации повреждённых участков. Примечательно, что этот же белок, по всей видимости, помогает клеткам справляться со сложными состояниями, возникающими в процессе старения мышц.
Результаты исследования, опубликованные в авторитетном научном журнале Science, указывают на то, что некоторые биологические изменения, сопутствующие старению, могут быть не просто следствием угасания функций. Вместо этого они способны выступать в роли защитных механизмов — адаптаций, направленных на выживание клеток. «Это привело нас к новому взгляду на старение», — отметил доктор Томас Рэндо, старший автор работы и директор Центра регенеративной медицины Эли и Эдит Броуд при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. «Это противоречит здравому смыслу, но стволовые клетки, переживающие старение, на самом деле могут быть минимально функциональными. Они выживают не потому, что они лучшие в своей работе, а потому, что они лучше всех умеют выживать. Это даёт нам совершенно другой взгляд на понимание того, почему ткани с возрастом портятся».
Возможно, стареющие мышцы растут медленнее благодаря скрытому переключателю выживания, а его выключение заставляет старые стволовые клетки снова становиться моложе.
В ходе сравнительного анализа мышечных стволовых клеток, извлечённых у молодых и пожилых мышей, группа учёных под руководством докторов Дженгмина Канга и Дэниела Бенджамина обнаружила, что уровень белка NDRG1 с возрастом резко возрастает, достигая в старых клетках показателя, превышающего норму в 3,5 раза. NDRG1 функционирует как внутренний тормоз: он подавляет сигнальный путь mTOR, который в обычных условиях стимулирует активацию и рост клеток.
Стремясь выяснить, каким образом NDRG1 замедляет регенерацию мышц, исследователи изучили мышей, чей биологический возраст соответствовал примерно 75 годам человеческой жизни. Когда активность NDRG1 была заблокирована, старые мышечные стволовые клетки быстро вернули себе «молодёжные» свойства, став более активными и обеспечив восстановление мышечной ткани после повреждения. Однако, как подчёркивается в работе, этого улучшения оказалось недостаточно для полного возвращения всех функций.
аточно. Без защитного эффекта, обеспечиваемого NDRG1, при этом в живых остается меньше стволовых клеток. В результате ткани стали менее способными к регенерации после повторных травм.
Выживание и производительность
«Думайте об этом как о марафонце против спринтера», — сказал он. Сказал Рэндо, который также является профессором неврологии в Медицинской школе Дэвида Геффена в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. «Стволовые клетки молодых людей гиперфункциональны и действительно хороши в том, что они делают, а именно в спринте, но они не годятся в большей степени. Они могут преодолеть дистанцию в 100 ярдов, но не могут преодолеть даже половину марафона. Напротив, старые стволовые подобны марафонцам: они медленнее реагируют на клетки, но лучше подготовлены к долгому пути. Однако именно то, что делает их такими умелыми на дистанциях, делает их плохими в спринте».
Исследователи подтвердили свои результаты, используя несколько различных методов. Они исследовали мышечные стволовые клетки молодых и старых мышей в лабораторных культурах, а также в живых тканях.
Во всех экспериментах картина оставалась неизменной. Более высокие уровни NDRG1 снижают способность клеток быстро активировать и восстанавливать мышцы, а также повышают их устойчивость и долгосрочную выживаемость.
Ошибка выживаемости сотовой связи
По мнению экспертов, рост NDRG1 может быть вызван тем, что они называют «предвзятостью выживаемости клеток». — Стволовые клетки с ограниченным содержанием NDRG1 постепенно исчезают, оставляя после себя популяцию, которая выживает лучше, но действует медленнее.
"Некоторые возрастные изменения, которые выглядят пагубными (например, замедление восстановления тканей), на самом деле могут быть скелети компромиссами, которые предотвращают нечто примитивнее: полное истощение пула стволовых клеток," — сказал Рандо.
Исследователи сравнивают это явление с компромиссами, наблюдаемыми в природе. В условиях труда, таких как засуха, голод или сильный холод, часто переключают ресурсы на механизмы выживания, такие как спячка, животные, а не на размножение. Мышечные стволовые клетки, возможно, с возрастом делают нечто подобное, направляя ресурсы от их репродуктивной роли (производства большего количества клеток) на выживание.
«Виды выживают, потому что размножаются, но во времена, когда животные включают свои собственные программы устойчивости», — говорит он. — сказал Рандо. «В природе существует множество примеров распределения ресурсов для выживания в условиях стресса. Это точно соответствует тому, что мы видим на клеточном уровне».
Значение для последующих методов лечения старения
Полученные результаты могут помочь в будущих усилиях по разработке методов лечения, которые улучшают восстановление тканей, сохраняя при этом выживаемость стволовых клеток. Однако Рэндо предупреждает, что улучшение одного из аспектов функции стволовых клеток может привести к непредвиденным последствиям.
"Бесплатных обедов не бывает. Мы можем исправить функцию каждой ячейки в определенных тканях на данный момент времени, но каждый раз, когда мы это делаем, это будет иметь потенциальную цену и потенциальный дефицит».
Команда планирует продолжить изучение молекулярных структур, определяющих, как баланс стволовых клеток определяет выживаемость и жизнеспособность во время старения.
«Этот ген почти как дверь, которую мы для понимания того, что контролируем эти компромиссы, которые так важны не только для эволюции народов, но и для старения тканей внутри человека», — сказал он. — сказал Рандо.
Финансирование исследований поступило от Национальных институтов здравоохранения, Фонда НОМИС, Фонда исследований Млечного пути, Фонда Хеволюции и научно-исследовательского фонда Австралии.