13 October 2023, 12:00

Стареющие клетки с высоким уровнем белка p16 препятствуют омоложению тканей

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.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Nature Cell Biology.

Source:  Пресс-служба РНФ

News article publications

Read also

Найдена новая форма жизненно важных белков — актинов
Ученые из Московского физико-технического института совместно с коллегами из Института цитологии РАН, Объединенного института ядерных исследований и Университета Южной Флориды (США) изучили инактивированную форму белка актина. Это исследование поможет в понимании механизмов функционирования ядра живой клетки — органеллы, в которой сосредоточен наследственный аппарат, и в разработке новых методов терапии возрастных заболеваний.
Cell Biology
Microbiology
Molecular Biology
11 February 2024
Соседние с опухолью клетки отличаются от здоровых клеток человеческого тела
Международный коллектив представил результаты исследования о воздействии раковых образований на соседние ткани. Ранее это воздействие детально не изучалось. Полученные данные помогут разработать более эффективные методы лечения онкологических заболеваний и создать лекарственные препараты нового поколения.
Cancer Research
Cell Biology
Molecular Biology
Oncology
24 January 2024
Усовершенствованные плазмиды облегчат получение терапевтически значимых белков
Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН усовершенствовали конструкцию генетического вектора, с помощью которого в клетках млекопитающих можно синтезировать белки, используемые для лечения различных заболеваний, например гемофилии и бесплодия. Авторы уменьшили размер генетической конструкции на одну треть таким образом, что уровень биосинтеза модельного белка увеличился на 20%, сохранив а способность векторной плазмиды поддерживать постоянный уровень биосинтеза белков в течение 60 дней практически не изменилась.
Cell Biology
Genetics
Molecular Biology
26 November 2023
Разработан способ редактировать гены некодирующих РНК
Ученые нашли способ редактирования генов некодирующих РНК с помощью системы CRISPR/Cas9. Некодирующие РНК регулируют работу генов, участвуют в передаче сигналов внутри и между соседними клетками, а также вовлечены в развитие наследственных, инфекционных (ВИЧ, гепатиты В, С), иммунологических и опухолевых заболеваний. Полученные данные помогут разобраться в механизмах этих болезней, а также предложить новые подходы к их лечению.
Cell Biology
Genetics
Molecular Biology
27 September 2023
МикроРНК в везикулах стволовых клеток помогли разрешить фиброз легких
Хотя их профилактическое введение не спасло животных от повреждения легких, вылечить уже имеющееся заболевание они все же смогли
Cell Biology
Medicine
Molecular Biology
Pathophysiology
13 July 2023
Белок-защитник может лежать в основе нейродегенеративных болезней и старения
Ядерный белок-регулятор ситруин-6 оказался центральным регулятором активности клеточных «энергостанций»-митохондрий в головном мозге. Без него эти органеллы не смогли обеспечить нормальную работу нейронов
Cell Biology
Molecular Biology
Neuroscience
14 February 2023