Старіння — це складний і багатогранний процес, що включає численні зміни на молекулярному, клітинному, тканинному та органному рівнях.
У результаті старі клітини втрачають здатність оптимально функціонувати, що призводить до зниження функцій організму та зростання частоти захворювань.

Перепрограмування — це інноваційний дослідницький підхід, спрямований на повернення старих клітин до більш молодого стану.
Найвідоміша його версія базується на повторній експресії факторів Яманаки,
групи генів, які відіграють ключову роль у перетворенні соматичних клітин на клітини iPS (індуковані плюрипотентні стовбурові клітини).

Часткове перепрограмування — це версія цього підходу, що розвивається.
На відміну від повного перепрограмування, яке призводить до перетворення соматичних клітин на клітини iPS,
часткове перепрограмування прагне викликати більш визначені зміни в клітині, зберігаючи її ідентичність.
Цей підхід може бути принципово безпечнішим і відкриває нові дослідницькі можливості в галузі старіння.

Дослідження, опубліковане у 2024 році в журналі eLife, вивчає потенціал часткового перепрограмування.
Команда дослідників з лабораторії Вадима Гладишева в лікарні Бригама та Гарвардській медичній школі, включаючи Вейна Мітчелла, Людгера Гоміну та Олександра Тішковського,
вивчила вплив часткового перепрограмування на клітини, вирощені в лабораторії.

Важливо заздалегідь уточнити: дослідження проводилося виключно на фібробластах мишей, вирощених у лабораторній чашці (in vitro), а не на цілих тваринах або людях. Дослідники виділили фібробласти з молодих (4 місяці) і старих (20 місяців) мишей та порівняли їх.

Це дослідження використовувало різноманітні передові методи для вивчення впливу часткового перепрограмування на клітини:

1. Хімічне часткове перепрограмування:

Дослідники використовували коктейлі малих сполук (хімічних молекул), розроблені для стимуляції часткового перепрограмування.
На відміну від генетичного перепрограмування, хімічний коктейль у цьому дослідженні діяв за відмінним механізмом від активації факторів Яманаки. Фактично, найефективніший коктейль (під назвою 7c) не посилював експресію Sox2 та Oct4, і навіть знижував експресію Nanog та Myc.
Тобто омолодження клітин тут було досягнуто іншим хімічним шляхом, ніж класичне перепрограмування на основі факторів Яманаки.

2. Фібробласти:

Дослідження зосередилося на фібробластах, клітинах, що знаходяться в сполучних тканинах.
Ці клітини були обрані, оскільки їх відносно легко вирощувати в лабораторії, і з них можна отримати точні вимірювання.
Ще одна перевага полягає в тому, що фібробласти широко вивчаються в контексті клітинного старіння.

3. Комплексний молекулярний аналіз (multi-omics):

Після проведення часткового перепрограмування дослідники проаналізували клітини на різних рівнях:
- RNA-seq: аналіз послідовностей РНК клітин, що дозволяє виявити зміни в експресії генів.
- Протеоміка та фосфопротеоміка: кількісний аналіз білків та фосфорилювання білків, що дозволяє виявити зміни в рівнях та функціях білків.
- Метаболоміка: аналіз метаболітів у клітині.
- Метилювання ДНК: вимірювання патернів метилювання ДНК, що використовується для розрахунку епігенетичних годинників.

4. Функціональні показники:

Окрім молекулярних аналізів, також вимірювалися функціональні показники, такі як:
- Клітинне дихання: показник функції мітохондрій (клітинних органел, необхідних для виробництва енергії), виміряний за допомогою клітинної респірометрії.
- Мітохондріальний мембранний потенціал: ще один показник функції мітохондрій.

5. Порівняння молодих і старих клітин:

Дослідження включало порівняння результатів, отриманих від молодих і старих клітин, які пройшли часткове перепрограмування.
Це порівняння дозволило перевірити, чи відрізняється ефект між молодими та старими клітинами.

Переваги методів дослідження:

Використання сучасних і точних технологій.
Поглиблений аналіз на різних рівнях, від метилювання та транскрипції до білків і метаболітів.
Оцінка функціональних показників.
Порівняння молодих і старих клітин.

Результати дослідження:

Лікування частковим перепрограмуванням викликало зміни як на рівні транскрипції, так і на рівні білків:

1. Зміни на рівні транскрипції:

Аналіз RNA-seq показав зміни в експресії багатьох генів.
Деякі зміни були пов'язані з метаболічними процесами, включаючи ті, що стосуються мітохондрій.

2. Зміни на рівні білків:

Аналіз протеому показав зміни в рівнях і функціях білків.
Тут також спостерігалися зміни в білках, залучених у метаболічні та мітохондріальні процеси.

3. Функціональні ефекти:

Дослідники повідомили про зміни в показниках клітинної функції, як виявлено в клітинному диханні та мітохондріальному мембранному потенціалі.
Згідно з епігенетичними годинниками (на основі метилювання) та транскрипційними годинниками, розрахованими для клітин, вирощених у лабораторії, оціночний біологічний вік клітин знизився.

4. Порівняння молодих і старих клітин:

Зміни, викликані коктейлями, були дуже подібними між різними віковими групами, з високою кореляцією між молодими та старими клітинами.
Іншими словами, ефект не обмежувався лише старими клітинами, але спостерігався також у молодих клітинах.

Висновки:

Це дослідження надає попередні докази того, що хімічне часткове перепрограмування може омолоджувати клітини, вирощені в лабораторії, принаймні за молекулярними показниками та біологічними годинниками.
Однак важливо зазначити: йдеться лише про клітини мишей у чашці, а не про цілих тварин або людей.
Стрибок від лабораторних результатів до лікування вікових захворювань, таких як серцево-судинні хвороби, хвороба Альцгеймера або рак, є далеким і наразі гіпотетичним, і потребуватиме значних подальших досліджень, включаючи експерименти на тваринах, а згодом і на людях, перш ніж можна буде говорити про клінічне застосування.

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