Новости

Ученые обнаружили, что некоторые клетки, связанные со старением, можно обратить вспять

Новаторское исследование, проведенное в Лаборатории геномики одноклеточных организмов и динамики популяций Рокфеллеровского университета, показало, что старение происходит на клеточном уровне. Руководитель лаборатории Цзюньюэ Цао и его команда использовали секвенирование одиночных клеток для анализа более 21 млн клеток из всех основных органов мышей на пяти разных стадиях жизни. В результате этих усилий был создан крупнейший в мире клеточный атлас, собранный в рамках одного исследования.

Результаты исследования показывают, что определенные популяции клеток меняются в каждом органе, причем одинаково и в одно и то же время, на определенных этапах жизни. Это позволяет предположить, что старение — не линейный процесс, а этап развития, запускаемый определенными молекулярными сигналами.

«Некоторые клетки сильно увеличиваются в количестве, а другие уменьшаются, и клетки, которые претерпевают такие изменения, отличаются в зависимости от возраста, — поясняет Цао. — Более того, некоторые из этих изменений контролируются одними и теми же молекулярными особенностями, поэтому мы можем направить их на задержку или даже перепрограммирование самого процесса старения».

Секвенирование одиночных клеток, специализация лаборатории Цао, — это метод генетического анализа, который фокусируется на генетической экспрессии и молекулярной динамике отдельных клеток, одновременно раскрывая идентичность каждой исследуемой клетки. Ранее его команда использовала секвенирование одиночных клеток для открытия новых редких типов клеток мозга и отслеживания старения клеток мозга, а также для других целей.

В исследовании мозга ученые также обнаружили различные популяции клеток и клеточную динамику, характерные для разных возрастов. В ходе нынешнего исследования, проведенного под руководством аспиранта Зехао Чжана, им было интересно узнать, происходят ли подобные изменения в других частях тела.

Для этого Чжан адаптировал EasySci, метод секвенирования одной клетки, разработанный группой и изученный в исследовании старения мозга, и расширил его клеточный охват, чтобы включить все основные органы мыши.

В результате его усилий EasySci стала единой платформой для профилирования основных органов млекопитающих, способной систематически изучать механизмы старения и болезней во всем организме. С ее помощью были изучены одноядерные транскриптомные профили около 21 млн клеток, взятых более чем из 600 образцов самцов и самок мышей на пяти разных стадиях жизни, от молодых до пожилых.

Команда обнаружила более 10 основных типов клеток и 200 их подтипов, которые последовательно подвергаются значительному возрастному истощению или расширению.

Например, в раннем взрослом возрасте (от трех до 12 месяцев у мышей) количество определенных подтипов клеток в жировой, мышечной и эпителиальной тканях заметно снижается, а в зрелом возрасте (от 12 до 23 месяцев у мышей) количество различных типов иммунных клеток резко возрастает.

Интересно, что многие из этих изменений были связаны с экспрессией специфических генов в клетках, независимо от того, где они были обнаружены. «Мы выявили подтипы клеток в разных органах, где они могут выполнять разные функции, — говорит Цао. — Но, похоже, они управляются одним и тем же молекулярным процессом».

Иммунные клетки, в частности, продемонстрировали бум в популяции в позднем возрасте. Ученые обнаружили множество различных подтипов В-клеток и Т-клеток, которые сильно разрастаются в разных органах. Их избыток вызывает воспалительные и аутоиммунные заболевания.

Когда исследователи изучили двух иммунодефицитных мышей, лишенных таких клеток, они обнаружили, что истощение B-клеток и T-клеток обратило вспять изменения в нескольких других типах клеток, связанных со старением, что подчеркивает наличие сетей клеточной регуляции в процессе старения.

Они также нашли маленькие скопления новых типов клеток, некоторые из которых насчитывали всего 500 клеток. Какую роль они играют в процессе старения, еще предстоит изучить, но было показано, что некоторые крайне редкие типы клеток выполняют важнейшие функции, говорит Цао.

Ученые выявили сотни клеточных состояний, которые различаются у самцов и самок мышей в каждом органе. К ним относятся прогениторные клетки адипоцитов, которые демонстрируют различные молекулярные состояния у самцов и самок, а также специфическое для самок расширение ассоциированных со старением B-клеток.

Вместе взятые, эти половозрастные различия могут помочь объяснить, почему женщины, и особенно пожилые, страдают от аутоиммунных заболеваний чаще, чем мужчины.

По словам Чжана, они также подчеркивают важность наличия сбалансированных по полу образцов клеток в исследованиях старения и болезней. «Этот результат подчеркивает важность включения обоих полов для раскрытия обобщенных механизмов или разработки специфических для пола методов лечения» — пояснил он.

Набор данных из 21 миллиона клеток, названный PanSci, представляет собой крупнейший атлас старения млекопитающих, когда-либо созданный с помощью секвенирования одной клетки, и лаборатория Цао уже планирует несколько будущих проектов, основанных на этом ресурсе.

Они намерены глубже изучить сотни клеточных подтипов, которые демонстрируют значительные различия между самцами и самками мышей, а также те, которые участвуют в процессе старения, многие из которых остаются недостаточно охарактеризованными или изученными.

«Я думаю, что наши результаты потенциально могут быть использованы для выявления клеточной основы некоторых заболеваний, обусловленных половой принадлежностью», — говорит Цао.

Ранее ученые из Каролинского института использовали искусственный интеллект для анализа МРТ-сканирования людей в возрасте 70 лет. Результаты исследования показали, что такие факторы, как воспаление и высокий уровень сахара в крови, способствуют преждевременному старению мозга.