FOXO3 защищает стволовые клетки мозга от старения.

Согласно новому исследованию учёных из Медицинского колледжа имени Уэйла Корнелла, Нью-Йорк (Weill Cornell Medical College), ген FOXO3, связанный с долголетием, защищает стволовые клетки мозга от вредного воздействия стресса.

Исследования, проведённые среди людей, возраст которых превышает 100 лет, показали, что у многих из них активен ген FOXO3, отвечающий за производство белка FOXO3 (Forkhead box O3). Это открытие побудило доктора Джихе Пайк (Jihye Paik), доцента патологии и лабораторной медицины из Медицинского колледжа имени Уэйла Корнелла, и ее коллег изучить способность данного гена поддерживать здоровье головного мозга в процессе старения.

Стволовые клетки сохраняются на протяжении всей жизни млекопитающих, поддерживая гомеостаз тканей, заменяя поврежденные или погибшие клетки. Ответные реакции на стресс, являющиеся признаком старения тканей, способствуют истощению популяции взрослых стволовых клеток.

Внутренние и внешние факторы клеточного стресса, такие как окислительный стресс, повреждение ДНК, митохондриальная дисфункция и воспаление в окружающей тканевой среде, являются хорошо известными факторами, которые способствуют усилению стрессовой реакции. В конечном итоге, это приводит к снижению функциональности стволовых клеток.

В 2018 году доктор Пайк и ее команда продемонстрировали, что мыши, у которых отсутствует ген FOXO3, не могут справиться со стрессовым состоянием в головном мозге, вызывая прогрессирующую гибель его нейронов.

Новое исследование команды, опубликованное в Nature Communications, показывает, что FOXO3 сохраняет регенеративную способность мозга, предотвращая деление стволовых клеток до тех пор, пока окружающая среда не станет благоприятна для выживания новых клеток.

«Стволовые клетки производят нейроны, необходимые для обучения и запоминания на протяжении всей взрослой жизни. Если стволовые клетки делятся бесконтрольно, их популяция истощается. Ген FOXO3, по-видимому, не позволяет стволовым клеткам делиться до тех пор, пока не пройдет стресс», — говорит доктор Джихе Пайк, член онкологического центра Сандры и Эдварда Мейеров (Sandra and Edward Meyer Cancer Center) при Медицинском колледже имени Уэйла Корнелла.

Различные негативные факторы, такие как воспаление, радиация или недостаток питательных веществ, пагубно влияют на нейроны. Доктор Пайк с коллегами провели целенаправленное исследование действия на стволовые клетки мозга последствий окислительного стресса, возникающего при накоплении в организме токсичных форм кислорода.

«Мы узнали, что белок FOXO3 напрямую модифицируется окислительным стрессом», — сказала она. «Данная модификация направляет белок в ядро ​​стволовой клетки, где он включает гены, отвечающие за реакцию на стресс».

Стресс приводит к истощению S-аденозил-L-метионина (SAM), который необходим для созревания ядерных ламин, поддерживающих форму ядра и обеспечивающих целостность ядерной оболочки.

«Без SAM ламины не могут создавать прочный барьер, и ДНК начинает просачиваться из ядра наружу», — говорит Пайк.

Клетка ошибочно принимает такую ДНК за вирусную инфекцию, что вызывает иммунный ответ, называемый ответ интерферона I типа (IFN-I). Это приводит к тому, что стволовые клетки переходят в спящий режим и перестают производить новые нейроны.

«Подобная реакция благоприятна для стволовых клеток, поскольку внешняя среда не идеальна для новообразованных нейронов», — объяснила доктор Пайк. «Если бы новые клетки создавались в таких стрессовых условиях, они бы погибли. Для стволовых клеток лучше оставаться в состоянии покоя и ждать, пока стресс не пройдёт, ​​чтобы создавать нейроны».

Результаты исследования демонстрируют, почему определенные версии FOXO3 связаны с долгой и здоровой жизнью у некоторых людей — они помогают сохранить достаточный запас стволовых клеток мозга. Это также объясняет, почему регулярные упражнения, повышающие уровень FOXO3, помогают сохранить остроту ума. Однако доктор Пайк предупредила, что пока ещё рано говорить о том, можно ли использовать полученную информацию для создания новых методов лечения заболеваний мозга.

«Это палка о двух концах», — объяснила доктор Пайк. «Чрезмерная и постоянная активация FOXO3 может быть очень вредной».

Чтобы лучше понять вовлеченные процессы, доктор Пайк и ее коллеги продолжат изучать механизмы регуляции FOXO3 и то, как повлияет на здоровье его кратковременное включение или выключение.