Видалення старіючих клітин продовжує мишам життя

Навчання 02 серпня 2022 Перегляди: 59

Ріс. 1. Миші двох генетично модифікованих ліній, у яких можна знищувати старіючі клітини, якщо давати їм ліки AP20187. + AP — 22-місячні миші, яким давали ліки у віці від 12 до 18 місяців, -AP — миші того ж віку, яким не давали ліки. Зображення з обговорюваної статті в Nature

Американські вчені отримали дві лінії мишей, у яких можна знищувати старіючі клітини. Завдяки такій терапії вдалося відстрочити в експериментальних тварин розвиток старечих хвороб, оздоровити їх, а також збільшити їх середню тривалість життя на 17-35%.

Клітинне старіння — найважливіший біологічний процес, без розуміння якого немає надій на суттєве збільшення тривалості здорового життя. Старіння всього організму визначається, зокрема, тим, з якою швидкістю вдається позбавлятися від клітин, що вийшли з ладу. Високий відсоток старіючих клітин веде різними шляхами до розвитку старечих хвороб. Наприклад, фактори запалення, які виділяє клітина, що встала на шлях старіння, потрібні, щоб привернути до неї увагу імунної системи. Але якщо старих клітин стає занадто багато, провоспальні фактори напрацьовуються в надлишку, призводячи до розвитку ревматоїдного артриту, атеросклерозу і міопатій (див. T. Kuilman et al., 2010. The essence of senescence).

Характерні ознаки клітинного старіння — це поступове припинення ділення клітин (кінцеві ділянки хромосом, теломери; скорочуються при кожному поділі), секретування речовин, що стимулюють запалення; переклад хроматину в більш компактну форму. Ці ознаки повинні набувати «підозрілі» клітини — наприклад, клітини з серйозними ушкодженнями ДНК (через що різко зростає ризик злоякісного переродження). Клітини, в яких відбулися зміни, небезпечні для всього організму, знищуються і, по можливості, замінюються новими, що виникли в результаті ділення стовбурових клітин.

Оскільки велика частина клітин тіла тварини постійно оновлюється, навіть організм давно живе на світі істоти містить лише невелику частку клітин, що проявляють ознаки старіння (хоча з віком частка таких клітин зростає). Так, було показано, що у молодих мишей частка клітин з ознаками старіння становить 8%, а у дуже старих — 17% (см. Ch. Wang et al., 2009. DNA damage response and cellular senescence in tissues of aging mice).

Все це наводить на думку про те, що організму треба допомагати позбавлятися від клітин, в яких почався процес старіння. Втілити цю ідею в життя в 2011 році спробували американські вчені з Медичного коледжу при Клініці Майо (Рочестер, США). Їм вдалося уповільнити появу ознак хвороби у мишей з прогерією — передчасним старінням організму. Для цього вчені отримали особливу лінію мишей, у яких можна було запустити самознищення клітин організму, що напрацьовують у значних кількостях білок p16^Ink4a. Цей білок, який допомагає блокувати ділення клітин, стосується найпоширеніших маркерів клітинного старіння. Ідея вчених підтвердилася: посилене знищення старіючих клітин допомогло мишам з прогерією старіти не так швидко (див. D. J. Baker et al. Clearance of p16^Ink4a-positive senescent cells delays ageing-associated disorders).

Дані були дуже цікавими, але результати лікування прогерії не обов’язково повинні відповідати результатам боротьби з природним старінням. І ось через п’ять років той же колектив авторів опублікував логічне продовження своєї роботи, провівши експерименти на двох лініях мишей, старіючих природним чином. Виявилося, що і звичайне старіння організму можна відкласти, якщо допомагати організму усувати клітини з ознаками клітинного старіння.

Механізм, що дозволив знищувати у мишей старіючі клітини, досить складний. Коротко кажучи, у цих тварин можна запустити апоптоз — запрограмовану загибель тих клітин, де активно працює ген білка p16^Ink4a. Для цього вчені отримали лінії мишей, в клітинах яких є генетичні конструкції з таким же промотором, як у гена p16^Ink4a. Коли цей ген у клітці активно діє, починають працювати і гени на синтетичних конструкціях, введених у клітини тварин вченими. У число цих синтетичних генів входять зелений флуоресцентний білок, завдяки якому старіючі клітини стає видно неозброєним поглядом, і ген каспази — ферменту, що запускає апоптоз. Щоб каспаза почала процес апоптозу, її молекули повинні об’єднатися в дімери.

Ген на синтетичних конструкціях кодував такий варіант каспази, який димеризується (з’єднується в єдиний комплекс) тільки за наявності в середовищі певної речовини — ліки під назвою AP20187. У підсумку в старіючих клітинах в результаті роботи гена білка p16^Ink4a запускається блокування клітинного циклу. Активність промотора цього гена запускає і синтез білків з синтетичних конструкцій — зеленого білка (який фарбує старіючі клітини) і хімерної каспази. Каспаза може знищити клітини, в яких вона напрацьовується, якщо мишам вводять ліки AP20187. Виходить, що у таких генетично модифікованих тварин можна, по-перше, побачити старіючі клітини, а по-друге, ці клітини можна знищувати, якщо давати тваринам ліки.

Для випробування нової технології в різних генетичних контекстах вчені отримували трансгенних лабораторних мишей з використанням двох різних ліній. Виявилася, що ця схема, складна в плані технічної реалізації, але проста за змістом, на диво ефективно допомагає тваринам боротися зі старінням на рівні організму (рис. 1). Якщо однорічним мишам протягом шести місяців вводили ліки AP20187, то в їх білому жирі виявлялося у вісім разів менше старіючих клітин, ніж у мишей, яким вводили простий фізрозчин. Крім того, стан жирової тканини у експериментальних мишей був більш здоровим: у віці від одного року до півтора вони не починали втрачати жирові запаси, їх адіпоцити (клітини, з яких в основному складається жирова тканина) не зменшувалися, а гени напрацювання жиру в них не починали працювати слабше, як це буває у звичайних мишей (рис. 2).

Ріс. 2. Зразки двох типів жирової тканини у мишей 12- і 18-місячного віку, яким давали (+ AP) або не давали (-AP) ліки AP20187. Інтенсивність зеленого забарвлення відображає напрацювання одного з маркерів старіння — лід-галактозидази (див. Beta-galactosidase). Довжина масштабного відрізка — 5 мм. Зображення з обговорюваної статті в Nature

Вчені поспостерігали за активністю p16^Ink4a та інших маркерів клітинного старіння, а також синтетичних генів і в інших тканинах піддослідних тварин. У всіх досліджених тканинах мишей віком від 12 до 18 місяців зростала активність маркера старіння, але її вдавалося знизити, коли мишам давали ліки. Те, наскільки слабла робота генів, пов’язаних з клітинним старінням, залежало від типу тканини. Значний позитивний ефект проявився для скелетної мускулатури, тканин легенів, серця, нирок, селезінки та очей тварин. Тільки в тканинах кишечника і печінки не виявилося зниження активності цих генів. Чому в цих органах метод вчених не дає позитивного ефекту, поки незрозуміло, це буде цікаво досліджувати.

Хоча не у всіх тканинах тварин вдалося запустити процеси знищення старіючих клітин, стан піддослідних мишей все ж покращився. У мишей обох генетичних ліній середня тривалість життя збільшилася на 17-35%. Для контролю вчені перевірили, що у звичайних, не модифікованих генетично, тварин ліки AP20187 не впливають на тривалість життя. До 22 місяців генетично модифіковані миші, яким давали ліки, виглядали більш здоровими, ніж миші, яким вводили фізрозчин. Крім того, вони не втратили характерного для більш молодих тварин інтересу до навколишнього світу і так само часто виявляли дослідницьку поведінку.

Видалення старіючих клітин відклало у мишей формування катаракти, а також поліпшило роботу нирок і серця (порівняно зі звичайними мишами того ж віку). У нирках при цьому знизилася кількість склеротичних утворень, а в серці залишилася незмінною маса лівого шлуночка, яка у старіючих мишей з віком зменшується (рис. 3). У серці, крім цього, також не проявлялося звичайного зниження активності генів, пов’язаних зі стійкістю до стресу. Завдяки цьому миші, у яких знищувалися старі клітини, краще справлялися з аритмією, коли їм вводили стимулюючі препарати. Нарешті, видалення старіючих клітин збільшило тривалість життя навіть тих тварин, у яких розвивався рак, хоча і не знизило частоту, з якою у тварин з’являлися пухлини.

Ріс. 3. Стан серця у мишей 12- і 18-місячного віку, яким давали (+ AP) або не давали (-AP) ліки AP20187. Інтенсивність зеленого забарвлення відображає напрацювання одного з маркерів старіння — лід-галактозидази. v — шлуночок, a — передсердя, ar — корінь аорти. Довжина масштабного відрізка — 1 мм. Зображення з обговорюваної статті в Nature

Важливо, що розроблена вченими методика не призвела при цьому до появи яскраво виражених негативних ефектів. Адже, згідно з деякими роботами, старіючі клітини бувають корисні: наприклад, вони прискорюють загоєння ран, а також обмежують розвиток фіброзу. Тому були причини побоюватися, що видалення старих клітин дасть небажані побічні ефекти. На щастя, експерименти показали, що при включенні системи видалення старіючих клітин у мишей не виникає проблем з заліковуванням ран. Можливо, це пов’язано з тим, що система видаляє не всі клітини з ознаками старіння (хоча і більшу їх частину).

Зрозуміло, подібні технології коли-небудь хотілося б застосувати і для омолодження людей. Але перед цим потрібно провести ще безліч тестів і досліджень, адже взаємозв’язки клітинного старіння і стану організму у людини можуть виявитися більш заплутаними і складними, ніж у мишей.

Джерело: Darren J. Baker, Bennett G. Childs, Matej Durik, Melinde E. Wijers, Cynthia J. Sieben, Jian Zhong, Rachel A. Saltness, Karthik B. Jeganathan, Grace Casaclang Verzosa, Abdulmohammad Pezeshki, Khashayarsha Khazaie, Jordan D. Miller & Jan M. van Deursen. Naturally occurring p16^Ink4a-positive cells shorten healthy lifespan // 2016. Nature. Published online 03 February 2016. Doi: 10.1038/nature16932.

Юлія Кондратенко