Открыт механизм управления процессом старения с помощью стволовых клеток
Учёные из Калифорнийского университета в Беркли (The University of California, Berkeley, США) открыли новый молекулярный путь, играющий решающее значение в процессе старения. Они показали, что при замедлении активности митохондрий в стволовых клетках крови мышей повышается стрессоустойчивость клеток и омолаживается старая кровь. Результаты исследования опубликованы 20 марта 2015 г. в журнале Science.
Учёные обнаружили, что для выживаемости и регенерации стволовых клеток решающее значение имеет их способность восстанавливаться после нарушений, вызванных неправильным сворачиванием (фолдингом) полипептидной цепи в митохондриях.
В митохондриях находится множество белков, которые должны быть структурированы должным образом для правильного функционирования. Если этот процесс нарушается, для устранения накапливающегося стресса запускается комплексный механизм, называемый митохондриальный ответ неструктурированных белков (mitochondrial unfolded protein response, UPRmt).
UPRmt снижает активность трансляции, способствует деградации неправильно структурированных белков и усиливает транскрипцию генов шаперонов (белков, способствующих укладке других белков) для улучшения способности клетки правильно структурировать пептиды. Если митохондриальный ответ неструктурированных белков не способен выполнить все эти функции, он запускает механизм апоптоза клетки.
«В конечном счете, клетка умирает, когда не может справиться со стрессом. Мы обнаружили, что, замедляя активность митохондрий в стволовых клетках мышей, мы смогли повысить потенциал стрессоустойчивости и омолодить старую кровь. Это подтверждает значимость данного пути в процессе старения», — говорит ведущий автор исследования Даника Чен (Danica Chen), доцент кафедры диетологии и токсикологии университета Беркли.
Лаборатория Чен обнаружила, что UPRmt играет важную роль в старении стволовых клеток крови, когда изучала класс белков сиртуинов, известных регуляторов стрессоустойчивости.
Исследователи заметили, что количество сиртуина определённого класса — SIRT7 возрастает, чтобы помочь клетке справиться со стрессом, вызванным деструктуризацией белков в митохондриях. Примечательно, что уровень SIRT7 снижается с возрастом.
Несколько лет назад уже проводилось небольшое исследование пути UPRmt на круглых червях. Тогда исследователи предположили, что активность данного пути повышается при увеличении численности митохондрий.
Чен отметила, что во взрослых стволовых клетках, обычно находящихся в состоянии покоя, митохондриальная активность минимальна, но она повышается при необходимости восстановления и роста тканей с помощью стволовых клеток, которые при этом начинают размножаться и дифференцироваться. Однако, быстрый рост может привести к накоплению ошибок структурирования протеинов.
«Мы выделили стволовые клетки крови взрослых мышей и обнаружили, что, искусственно увеличив уровень SIRT7, мы смогли уменьшить митохондриальный стресс, обусловленный деструктуризацией белка. Когда мы пересадили эти клетки с SIRT7 обратно мышам, регенеративная способность стволовых клеток их крови заметно возросла», — отметила Чен.
Новое исследование показало, что стволовые клетки крови с дефицитом SIRT7 размножаются активнее, что обуславливает увеличение синтеза белка и активности митохондрий. Учёные обнаружили, что замедление этих процессов даёт клеткам время эффективнее справляться со стрессом. Чен сравнила этот механизм с автомобильной аварией или пробкой на шоссе.
«Можно избавиться от затора, убрав все машины, создающие пробку, но можно также просто уменьшить поток автомобилей, попадающих на шоссе. При проблеме неструктурированных белков в митохондриях происходит «затор». Если предотвратить избыточный синтез протеинов, можно уменьшить такие «заторы», — говорит Чен.
Ранее, до настоящего исследования, было неясно, как сигналы, вызванные стрессом, регулируют выход стволовых клеток из состояния покоя и как это связано с регенерацией тканей в процессе старения.
«Определение роли данного митохондриального молекулярного пути в стволовых клетках крови даёт нам новую возможность управления процессом старения», — говорит Чен.
