Старение — это сложный и многогранный процесс, включающий множество изменений на молекулярном, клеточном, тканевом и органном уровнях.
В результате стареющие клетки теряют способность оптимально функционировать, что приводит к снижению функций организма и увеличению частоты заболеваний.

Перепрограммирование — это инновационный исследовательский подход, направленный на возвращение стареющих клеток в более молодое состояние.
Наиболее известная его версия основана на реэкспрессии факторов Яманаки,
группы генов, играющих ключевую роль в превращении соматических клеток в iPS-клетки (индуцированные плюрипотентные стволовые клетки).

Частичное перепрограммирование — это развивающаяся версия этого подхода.
В отличие от полного перепрограммирования, которое приводит к превращению соматических клеток в iPS-клетки,
частичное перепрограммирование стремится вызвать более определенные изменения в клетке, сохраняя ее идентичность.
Этот подход может быть принципиально более безопасным и открывает новые исследовательские возможности в области старения.

Исследование, опубликованное в 2024 году в журнале eLife, изучает потенциал частичного перепрограммирования.
Группа исследователей из лаборатории Вадима Гладышева в больнице Бригама и Гарвардской медицинской школе, включая Уэйна Митчелла, Людгера Гомину и Александра Тишковского,
изучала эффекты частичного перепрограммирования на клетках, выращенных в лаборатории.

Важно сразу прояснить: исследование проводилось исключительно на фибробластах мышей, выращенных в лабораторной чашке (in vitro), а не на целых животных или людях. Исследователи выделили фибробласты от молодых (4 месяца) и старых (20 месяцев) мышей и сравнили их.

В этом исследовании использовался ряд передовых методов для изучения эффектов частичного перепрограммирования на клетки:

1. Химическое частичное перепрограммирование:

Исследователи использовали коктейли малых соединений (химических молекул), разработанные для индукции частичного перепрограммирования.
В отличие от генетического перепрограммирования, химический коктейль в этом исследовании действовал по механизму, отличному от активации факторов Яманаки. Фактически, наиболее эффективный коктейль (обозначенный как 7c) не усиливал экспрессию Sox2 и Oct4 и даже снижал экспрессию Nanog и Myc.
То есть омоложение клеток здесь было достигнуто по химическому пути, отличному от классического перепрограммирования на основе факторов Яманаки.

2. Фибробласты:

Исследование было сосредоточено на фибробластах — клетках, находящихся в соединительных тканях.
Эти клетки были выбраны, потому что их относительно легко выращивать в лаборатории и можно получить точные измерения.
Еще одно преимущество заключается в том, что фибробласты широко изучаются в контексте клеточного старения.

3. Комплексный молекулярный анализ (multi-omics):

После проведения частичного перепрограммирования исследователи проанализировали клетки на разных уровнях:
- RNA-seq: анализ последовательностей РНК клеток, позволяющий выявить изменения в экспрессии генов.
- Протеомика и фосфопротеомика: количественный анализ белков и фосфорилирования белков, позволяющий выявить изменения в уровнях и функциях белков.
- Метаболомика: анализ метаболитов в клетке.
- Метилирование ДНК: измерение паттернов метилирования ДНК, используемое для расчета эпигенетических часов.

4. Функциональные показатели:

В дополнение к молекулярному анализу также измерялись функциональные показатели, такие как:
- Клеточное дыхание: показатель функции митохондрий (клеточных органелл, необходимых для производства энергии), измеренный с помощью респирометрии.
- Митохондриальный мембранный потенциал: еще один показатель функции митохондрий.

5. Сравнение молодых и старых клеток:

Исследование включало сравнение результатов, полученных от молодых и старых клеток, подвергшихся частичному перепрограммированию.
Это сравнение позволило проверить, различается ли эффект между молодыми и старыми клетками.

Преимущества методов исследования:

Использование современных и точных технологий.
Глубокий анализ на разных уровнях: от метилирования и транскрипции до белков и метаболитов.
Оценка функциональных показателей.
Сравнение молодых и старых клеток.

Результаты исследования:

Лечение частичным перепрограммированием вызвало изменения как на уровне транскрипции, так и на уровне белков:

1. Изменения на уровне транскрипции:

Анализ RNA-seq показал изменения в экспрессии многих генов.
Некоторые изменения были связаны с метаболическими процессами, в том числе связанными с митохондриями.

2. Изменения на уровне белков:

Анализ протеома показал изменения в уровнях и функциях белков.
Здесь также наблюдались изменения в белках, участвующих в метаболических и митохондриальных процессах.

3. Функциональные эффекты:

Исследователи сообщили об изменениях в показателях клеточной функции, обнаруженных в клеточном дыхании и митохондриальном мембранном потенциале.
Согласно эпигенетическим часам (на основе метилирования) и транскрипционным часам, рассчитанным для клеток, выращенных в лаборатории, предполагаемый биологический возраст клеток снизился.

4. Сравнение молодых и старых клеток:

Изменения, вызванные коктейлями, были очень схожими в разных возрастных группах, с высокой корреляцией между молодыми и старыми клетками.
Другими словами, эффект не ограничивался только старыми клетками, но также наблюдался и в молодых клетках.

Выводы:

Это исследование предоставляет предварительные доказательства того, что химическое частичное перепрограммирование может омолаживать клетки, выращенные в лаборатории, по крайней мере, согласно молекулярным показателям и биологическим часам.
Однако важно сделать оговорку: речь идет только о мышиных клетках в чашке, а не о целых животных или людях.
Переход от лабораторных результатов к лечению возрастных заболеваний, таких как сердечно-сосудистые заболевания, болезнь Альцгеймера или рак, на данном этапе далек и гипотетичен и потребует значительных дополнительных исследований, включая эксперименты на животных, а затем и на людях, прежде чем можно будет говорить о клиническом применении.

.
Ссылки:
https://elifesciences.org/articles/90579