Метод перезагрузки. Ученым впервые удалось обратить старение вспять

  • Колпачки и часы
  • Профили старости
  • Назад в молодость
  • Старение — это потеря информации
  • Перезапуск программы
  • Дойдет до человека

Метод перезагрузки. Ученым впервые удалось обратить старение вспять

Исследователи из Гарвардской медицинской школы наглядно продемонстрировали, что старение обратимо. Лабораторным мышам вернули молодость с помощью перезагрузки эпигенома — «операционной системы» управления генами. Это принципиально новый подход, открывающий путь к биологическому омоложению, а также лечению болезней пожилого возраста.

Колпачки и часы

Замедлить старение и даже запустить обратный процесс — в последнее время это очень актуально. Эксперименты на животных обнадеживают, но для оценки результатов нужны объективные критерии.

Сначала показателем биологического возраста считали количество накопленных в ДНК мутаций, которые со временем могут нарушить нормальное функционирование клеток привести к их гибели. Но подход себя не оправдал: выяснилось, что число мутаций не коррелирует с общим старением организма. Позже в качестве маркеров старения пытались использовать длину теломер — защитных «колпачков» на концах хромосом, которые укорачиваются при каждом делении клетки. Однако и этот метод оказался неточным.

В последние годы ученые предложили несколько принципиально новых подходов к оценке биологического возраста. Самый известный — эпигенетические часы. Первым его сформулировал в 2013-м профессор Стив Хорват из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Профили старости

Изучая геном — совокупность наследственного материала, заключенного в каждой клетке человека и других млекопитающих, ученые так и не нашли ни одного гена, который напрямую влияет на продолжительность жизни. Структура ДНК остается постоянной, но меняется активность отдельных генов, что отражается в синтезе белков.

Регулируют этот процесс особые эпигенетические (буквально «надстроенные над генами») молекулярные метки, которые модифицируют ДНК, не меняя саму последовательность нуклеотидов. Лучше всего изучены те метки, что возникают в процессе метилирования — присоединения к молекуле ДНК метильной группы.

Хорват предположил, что с возрастом профиль метилирования меняется, и составил список из 353 метильных меток, по наличию или отсутствию которых можно судить, насколько клетка близка к эмбриональному или, наоборот, сенесцентному, то есть старому состоянию. Переход между двумя крайними профилями эпигенома — множества молекулярных меток — получил название «эпигенетический дрейф».

Метод перезагрузки. Ученым впервые удалось обратить старение вспять

Эпигенетические изменения

Назад в молодость

Биологи в деталях изучили механизмы преобразования эмбриональных стволовых клеток сначала в зрелые соматические, отвечающие за определенные функции, а затем в сенесцентные, отмирающие. И всегда мечтали запустить этот процесс в обратном направлении, в сторону омоложения.

Впервые в опытах на лабораторных животных это удалось в 2006-м японцам Синъе Яманаке и Кадзутоси Такахаси. С помощью четырех белков, которые потом назовут «коктейль Яманаки» — Oct4, c-Myc, Sox2 и Klf4, они возвратили дифференцированные соматические клетки (фибробласты из кожи мыши) в плюрипотентное состояние.

В одном из последующих исследований гены этих четырех белков встроили в организм взрослых мышей и, активировав на некоторое время, омолодили целую популяцию животных. Позднее Яманака смог вернуть клетки взрослого человека в эмбриональное состояние. В 2012-м за свои открытия японский ученый получил Нобелевскую премию по биологии и медицине.

Но задача заключалась не только в том, чтобы уменьшить биологический возраст клеток: важно, чтобы после перепрограммирования они сохранили свои функции. И здесь должна была помочь эпигенетика — именно эпигенетические метки активируют или, наоборот, отключают определенные гены, тем самым определяя специализацию, идентичность клеток. Благодаря этому одни стволовые клетки превращаются в нейроны мозга, другие — в клетки кожи и так далее.

Метод перезагрузки. Ученым впервые удалось обратить старение вспять

Старение — это потеря информации

Недавно американские ученые из Гарварда под руководством профессора Дэвида Синклера опубликовали в журнале Cell статью под названием «Потеря эпигенетической информации как причина старения млекопитающих», которая стала итогом 15 лет работы.

Еще в 2008-м они обнаружили, что при нарушениях ДНК происходят эпигенетические модификации, которые заставляют белки хроматина — главной составляющей хромосом — перемещаться туда, где необходима репарация. Затем, используя современные методы секвенирования, исследователи установили, что релокация белков — модификаторов хроматина к местам разрывов ДНК вызывает разрушение «эпигенетического ландшафта». Другими словами, если сбои в ДНК происходят часто, постоянные «ремонты» приводят к накоплению эпигенетических изменений и в конечном итоге — к потере клеткой своей идентичности. Этот подход получил название информационной теории старения.

«В основе старения лежит информация, которая теряется в клетках, а не просто накопление повреждений, — отмечает Синклер. — Это сдвиг парадигмы».

Перезапуск программы

Ученые предположили, что восстановление утраченных эпигенетических «инструкций» может вернуть клеткам молодость, подобно тому как перезапуск программы на компьютере очищает ее от накопившихся ошибок.

В лабораторных экспериментах они имитировали старение эпигенома, внося разрывы в ДНК молодых мышей. Уже через несколько недель такого «состаривания» у животных поседела шерсть, ухудшились зрение и память, снизилась активность, они потеряли в весе. Эпигенетические часы показали, что модифицированные мыши стареют примерно в полтора раза быстрее, чем обычно.

Затем биологи с помощью факторов Яманаки активировали у животных гены, отвечающие за идентичность клеток, — и после пяти недель проявились заметные признаки омоложения как на молекулярном, так и на тканевом уровне.

«Если бы причиной старения было накопление мутаций, вернуть молодость было бы невозможно, — объясняет профессор. — Но демонстрация того, что мы способны обратить процесс вспять, показывает: система не повреждена, где-то существует резервная копия, и «программное обеспечение» можно перезагрузить».

Авторы отмечают, что их метод принципиально отличается от подхода, основанного на использовании стволовых клеток: он не возвращает клетки в плюрипотентное состояние, не стирает заложенную в них эпигенетическую информацию, а только обновляет ее.

Метод перезагрузки. Ученым впервые удалось обратить старение вспять

Дойдет до человека

Ученые пока не знают, будет ли аналогичный процесс омоложения работать у людей. Сейчас систему тестируют на приматах, а также проводят лабораторные испытания с клетками человека — нейронами, фибробластами и клетками кожи.

Наибольшие перспективы для практического применения метода специалисты видят в области офтальмологии — здесь генную терапию можно проводить локально, не затрагивая весь организм. В 2020-м успешно восстановили зрение у стареющих мышей, сейчас тестируют коктейль Яманаки на ослепших от старости обезьянах. Если исследования пройдут успешно и будет доказана безопасность системы, авторы планируют обратиться в Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) за разрешением на проведение клинических испытаний на людях.

Возможно, в будущем открытия команды ученых дадут начало новому направлению в медицине — эпигенетической терапии. Тогда есть вероятность, что множество связанных со старением заболеваний будут лечить путем омоложения конкретных функциональных систем организма.

«Теперь, глядя на пожилых, я вижу не стариков, а людей, чья система нуждается в перезагрузке», — говорит Синклер.

Что же касается общего омоложения, здесь авторы высказываются очень осторожно. Они напоминают, что старение — сложный процесс, связанный со многими факторами. Пока не очень понятно, достаточно ли только перепрограммирования клеток, чтобы вернуть молодость всему организму.

Метод перезагрузки. Ученым впервые удалось обратить старение вспять

Добавить комментарий

Adblock
detector