Старые клетки крови превратили в стволовые клетки мозга, которые молодеют по мере старения

Немецкие учёные сумели превратить старые клетки крови в молодые стволовые клетки мозга и обнаружили необычный эффект: после преобразования клетки продолжали биологически молодеть на протяжении нескольких месяцев. В некоторых случаях их эпигенетический возраст снижался примерно на 60 лет всего за 50 дней.

Исследование провели специалисты Университетской клиники Бонна и Боннского университета. Результаты опубликованы в научном журнале Aging Cell.

В обычных условиях клетки человеческого организма постепенно специализируются, приобретая определённые функции. Например, стволовая клетка может превратиться в жировую или мышечную, но после завершения этого процесса самостоятельно изменить свою специализацию уже не способна. Однако современные технологии позволяют искусственно перепрограммировать клетки и превращать их в другие типы.

Для этого существуют два основных подхода. Первый предполагает возвращение зрелой клетки в состояние, напоминающее эмбриональное. Она становится плюрипотентной стволовой клеткой, способной затем превратиться в различные типы клеток организма.

Второй подход называется прямым перепрограммированием. Он позволяет превратить одну специализированную клетку в другую, минуя промежуточную стадию. Именно эту технологию использовали немецкие исследователи.

В эксперименте участвовали образцы крови 15 доноров самого разного возраста — от новорождённых до 101-летнего человека. Учёные выделили клетки-предшественники эритроцитов, то есть незрелые клетки, из которых впоследствии образуются красные кровяные тельца.

Затем их преобразовали в индуцированные нейральные стволовые клетки. Такие клетки способны развиваться в несколько типов клеток головного мозга, включая нейроны.

Чтобы запустить преобразование, исследователи использовали вирус, доставляющий внутрь клеток два специальных белка — фактора транскрипции. Они взаимодействуют с ДНК и регулируют активность генов, заставляя клетку менять свою специализацию.

Уже на 12-й день после воздействия вируса клетки начали приобретать новые свойства. Характерные для клеток крови белки постепенно исчезали, а вместо них появлялись белки, свойственные нейральным клеткам.

Однако главным открытием оказалось не само превращение, а то, что происходило с биологическим возрастом клеток.

Для его оценки специалисты использовали анализ метилирования ДНК и секвенирование РНК. Эти методы позволяют изучать возрастные эпигенетические изменения и активность генов.

Первоначально эпигенетический возраст клеток крови хорошо соответствовал реальному возрасту доноров. Чем старше был человек, тем больше возрастных изменений обнаруживалось в его клетках.

Известно, что при возвращении зрелых клеток в состояние, напоминающее эмбриональное, их биологические часы сбрасываются независимо от возраста донора. Исследователи решили выяснить, происходит ли подобное омоложение при прямом превращении клеток крови в нейральные стволовые клетки.

Оказалось, что происходит, хотя процесс занимает более чем вдвое больше времени.

Но самое интересное началось уже после преобразования. Полученные нейральные стволовые клетки продолжали молодеть по мере того, как увеличивалось время их существования в лаборатории.

В течение следующих 50–100 дней их эпигенетический возраст последовательно снижался. В конечном итоге он достигал примерно 5% от возраста человека, предоставившего образец крови. При этом большинство эпигенетических признаков старения сбрасывалось приблизительно за 50 дней.

Как отмечают исследователи, за 50 дней клетки фактически могли помолодеть на 60 лет. Получается необычный парадокс: чем дольше существовали преобразованные клетки, тем моложе они становились с биологической точки зрения.

Но снижение показателей эпигенетического возраста ещё не обязательно означает настоящее омоложение. Поэтому учёные решили проверить, действительно ли преобразованные клетки приобретают свойства молодых.

Результаты подтвердили, что изменения не ограничивались показаниями биологических часов.

«Мы также знаем, что это эпигенетическое омоложение приводит к тому, что клетки действительно начинают вести себя как молодые», — объяснил Оливер Брюстле, директор Института реконструктивной нейробиологии Университетской клиники Бонна.

Исследователи оценивали активность различных белков, способность клеток перерабатывать собственные компоненты и другие показатели их состояния.

Выяснилось, что омоложённые клетки демонстрировали меньше повреждений ДНК и признаков митохондриальной токсичности. По этим характеристикам прямое перепрограммирование обеспечивало преимущества, сопоставимые с возвращением клеток в состояние, напоминающее эмбриональное.

Ещё одно неожиданное наблюдение касалось клеточного деления. Учёные обнаружили, что клетки продолжали биологически молодеть даже в условиях, препятствующих их размножению.

Это указывает на то, что процесс омоложения не зависит непосредственно от способности клеток делиться. Иными словами, для постепенного сброса биологического возраста им необязательно постоянно производить новые клетки.

Тем не менее авторы подчёркивают, что исследование имеет ограничения. В частности, математические модели оценки биологического возраста могут содержать погрешности, влияющие на расчёты степени омоложения.

Кроме того, у исследователей не было естественно состарившихся нейральных стволовых клеток для прямого сравнения. Не исключено также, что поведение перепрограммированных клеток внутри живого организма будет отличаться от наблюдаемого в лабораторных условиях.

При этом предыдущие эксперименты боннских учёных уже показали, что подобные искусственно полученные клетки способны функционировать после пересадки. Когда их трансплантировали в головной мозг мышей, они формировали связи с существующими нервными клетками.

Это открывает перспективы создания клеток мозга для людей с нейродегенеративными заболеваниями. Однако возможность такого лечения ещё предстоит исследовать.

Особую ценность нового метода учёные видят в том, что омоложение происходит постепенно, а не мгновенно. Благодаря этому можно подробно изучать механизмы, управляющие биологическим возрастом клеток.

«Омоложение, продолжающееся столь длительное время, идеально подходит для экспериментальной модели», — подчеркнул Брюстле.

По его словам, поскольку эпигенетические часы постепенно сбрасываются на протяжении нескольких недель, исследователи смогут использовать эту модель для поиска факторов и веществ, которые ускоряют или замедляют процесс омоложения.

Таким образом, эксперимент не только продемонстрировал возможность превращения старых клеток крови в молодые стволовые клетки мозга, но и предоставил учёным инструмент для изучения того, как именно можно обратить вспять возрастные изменения на клеточном уровне.