Подмладяват с шест десетилетия човешки клетки

Изследователи от Университета и Университетската болница в Бон успяват да подмладят ин витро човешки клетки. В лабораторни условия те препрограмират прекурсорите на червените кръвни клетки в стволови клетки, от които могат да се получат неврони. Процесът нулира молекулярните часовници, които определят възрастта на клетките. По този начин кръвните клетки от човек на 80 години се променят в стволови клетки, чиято молекулярна възраст е под 20 години.

Трансформацията на кръвните клетки в стволови

В човешкото тяло има стотици различни видове клетки. Всички те имат един и същ генетичен състав, но и своето предопределение. Затова и кожната клетка не може по естествен път да се превърне в чернодробна или кръвната да стане нервна, например.

Развитието на науката променя нещата и прави възможно тази предварително определена съдба на клетката да бъде променена в лабораторни условия. Така става напълно възможно изследователите да отгледат нервна тъкан от кожна клетка, за да я използват за лечението на невродегенеративни заболявания. За подобна трансформация учените използват множество транскрипционни фактори, които гарантират, че клетката чете различни гени и по този начин поема нов път на развитие.

„Като използвахме този метод, ние директно превърнахме прекурсорите на червените кръвни клетки в невронни стволови клетки“, обяснява проф. Оливър Брюстле, директор на Института за реконструктивна невробиология в Университетската болница в Бон.

Той и екипът му работят от години върху използването на човешки плурипотентни стволови клетки за неврорегенерация и моделиране на заболявания на централната нервна система.

В предишните изследвания екипът показва, че след трансплантация в мозъка на мишки нервните клетки, които са произведени по този начин, се свързват със съществуващи неврони.

Проф. Брюстле подчертава, че сега учените се интересуват от различен феномен: „И той е наблюдението, че клетките се подмладяват значително в резултат на препрограмиране.“

Начинът, който изследователите избират, за да измерят подмладяването, е като използват молекулярни часовници. Откриват модификации в ДНК, които обикновено се случват по време на стареенето. Тези промени не засягат самата генетична информация, тоест генетиката, а по-скоро честотата, с която информацията се чете (епигенетиката).
Препрограмирането нулира масово епигенетичните часовници на клетките. В резултат на това клетки, които са на човек на 80 години, показват молекулярна възраст под 20 години.

„Знаем също, че това епигенетично подмладяване гарантира, че клетките всъщност се държат като млади“, казва проф. Брюстле.

„Човешки стволови клетки могат да бъдат получени от кръвни клетки на донори на възраст от 0 до 101 години. А предишното ни проучване предостави първите доказателства, че стволови клетки, генерирани от кръвни на донори на възраст от 31 до 62 години, показват забележително намаляване на епигенетичната възраст“, пишат авторите в статия, публикувана в списанието Aging Cell.

Процесът на подмладяване

Особено забележително е как протича процесът на подмладяване. В продължение на няколко седмици типичните признаци на стареене постепенно изчезват от клетките като процесът продължава дори, когато клетъчното делене се забавя значително. Учените успяват да го проследят в продължение на повече от 100 дни.

„Процесът на подмладяване, който използва метод от два етапа, е много бърз. За разлика от него ние превърнахме кръвните клетки директно в неврални стволови клетки без междинна стъпка на плурипотентни клетки. И при нашия подход подмладяването се случи постепенно и можеше да бъде наблюдавано в продължение на повече от 100 дни“, коментира проф. Брюстле.

Екипът му изследва кръвни проби от 15 души. Както пишат и в статията с откритията си изследователите, донорите са на възраст от 0 до 101 години. От пробите извличат прекурсори на червени кръвни клетки. След това като използват специални вируси, провокират клетките да произведат два протеина – SOX2 и cMYC. Те влияят на това кои гени са активни. Постепенно клетките придобиват свойствата на невронни стволови клетки. След 12 дни препрограмираните клетки проявяват типични характеристики на стволовите клетки. Последващото им развитие обаче отнема повече време.

В първоначално проучените стволови клетки епигенетичната възраст е 13% от възрастта на донора. Повечето от свързаните с възрастта епигенетични промени са напълно обратими след 50 дни.

Учените изследват и дали подмладените стволови клетки продължават да показват типичните признаци на стареене. Фокусират се върху четири характеристики:

• Увреждания на генетичния материал – с възрастта увреждането на ДНК се увеличава, но при препрограмираните клетки не са открити забележими разлики, свързани с възрастта.
• Енергийно снабдяване – митохондриите снабдяват клетките с енергия, но техните функции не са нарушени от възрастта на донорите
• Изхвърляне на клетъчни отпадъци – обикновено клетките сами разграждат увредените компоненти, този процес на прочистване е налице и в подмладените стволови клетки.
• Структура на ядрото – структурата на клетъчното ядро се променя с нарастването на възрастта, а изследваните стволови клетки не показват типичните за възрастта аномалии.

И това е така дори за стволовите клетки, които са получени от кръвни проби на хора между 87 и 101 години, при които не се откриват типичните характеристики на стареещите клетки.

В следващите етапи на проучването екипът забавя пролиферацията на стволови клетки като използва глицерол и тимидин.

Независимо, че деленето е по-рядко, измерената епигенетична възраст намалява толкова, колкото и при останалите, които не са третирани. Процесът не спира дори при целенасоченото развитие в нервните клетки, които не се делят, но продължават да губят признаците на стареене.

Значително се променя и генната активност. Преди препрограмирането групите млади и стари донори се различават по 1871 гена, след 14 дни този брой спада до 20, а по-късно до 12.

Авторите подчертават, че епигенетичните часовници не обхващат всички процеси на биологично стареене. Освен това нервната тъкан може да показва по-ниски стойности на възрастта от кръвта при такива измервания. Следователно част от наблюдаваното подмладяване може да е свързано с трансформация на клетъчния тип.

Ползите

Дългото и прецизно наблюдение отваря прозорец към по-доброто разбиране на процесите на клетъчното подмладяване, категорични са авторите на проучването.

„Стареенето, което е дълъг период е изключително подходящо като експериментален модел. А тъй като епигенетичните часовници се нулират бавно в продължение на няколко седмици, то можем да използваме този модел, за да изследваме кои фактори и активни вещества ускоряват или забавят процеса на подмладяване“, пишат те.

Особено значение това има за неврологията. Проф. Брюстле напомня, че възрастта е най-важният рисков фактор за невродегенеративните заболявания, например, за болестта на Алцхаймер. Изкуствено генерираните нервни клетки могат да помогнат за по-доброто изследване на молекулярните промени в свързаните с възрастта заболявания.

Методът може да бъде използват и за тестването на активни съставки, за да се определи дали те ускоряват или забавят обръщането на епигенетичните маркери на стареенето.