В клетках человека обнаружили механизм защиты от старения
Старение клеток — один из процессов, который постепенно снижает способность организма восстанавливать поврежденные ткани. Однако ученые продолжают находить молекулярные механизмы, способные замедлять этот процесс. Новое исследование, опубликованное в научном журнале Aging Cell, показало, что важную роль в сохранении молодости стволовых клеток может играть фермент топоизомераза II альфа (TOP2A).
Исследователи выяснили, что TOP2A помогает поддерживать работу белка ламин B1, который отвечает за стабильность ядерной оболочки и организацию генетического материала внутри клетки. Когда активность этого фермента снижается, защитная структура ядра нарушается, хроматин теряет свою упорядоченность, а клетки начинают демонстрировать признаки старения.
В центре исследования оказались мезенхимальные стволовые клетки — особый тип клеток, способных превращаться в костную, хрящевую и жировую ткани. Они участвуют в восстановлении организма, однако с возрастом постепенно теряют способность активно делиться и обновлять ткани.
Одним из признаков клеточного старения становится разрушение гетерохроматина — плотно упакованных участков ДНК, которые помогают контролировать активность генов. Если структура гетерохроматина нарушается, работа генома становится менее стабильной.
Ученые обнаружили, что TOP2A напрямую регулирует активность гена LMNB1, отвечающего за выработку белка ламин B1. Этот белок поддерживает структуру клеточного ядра и помогает сохранять организацию гетерохроматина.
Таким образом, TOP2A выполняет не только свою известную функцию по регулированию структуры ДНК, но и выступает своеобразным защитником генетической архитектуры клетки.
Для проверки своей гипотезы исследователи провели серию экспериментов с человеческими мезенхимальными стволовыми клетками.
Сначала они сравнили молодые клетки с клетками, которые многократно делились и достигли репликативного старения. Выяснилось, что в стареющих клетках уровень TOP2A заметно снижался. Одновременно уменьшалось количество ламина B1 и других белков, поддерживающих структуру гетерохроматина.
Затем ученые искусственно подавили активность TOP2A. В результате клетки начали быстрее приобретать признаки старения: увеличивались в размерах, хуже размножались, теряли способность формировать колонии и демонстрировали нарушения работы митохондрий. Также повышалась активность молекулярных маркеров старения.
Особенно важным оказался следующий эксперимент. Когда исследователи искусственно увеличили выработку ламина B1 в клетках с недостатком TOP2A, многие показатели состояния гетерохроматина восстановились. А повышение уровня самого TOP2A в стареющих клетках помогло сохранить их способность к размножению и снизить выраженность признаков старения.
Это позволило установить связь между двумя белками: TOP2A поддерживает выработку ламина B1, а тот, в свою очередь, помогает сохранять стабильность генетического материала.
Чтобы выяснить, работает ли обнаруженный механизм за пределами клеточных культур, ученые провели эксперименты на мышах.
Они сравнили молодых животных со стареющими, а также изучили последствия искусственного подавления TOP2A у молодых мышей. В последней группе появились некоторые признаки, характерные для возрастных изменений: ухудшилось состояние шерсти, увеличилось количество стареющих клеток в отдельных областях мозга, снизились уровни TOP2A и ламина B1.
Кроме того, у животных наблюдались изменения двигательной активности и результаты некоторых поведенческих тестов, связанных с памятью и исследовательской активностью. Однако часть этих результатов не достигла статистической значимости, поэтому их пока нельзя считать окончательным доказательством влияния TOP2A на когнитивные функции.
Исследование раскрывает ранее недостаточно изученную связь между работой ферментов, структурой клеточного ядра и старением. Оно показывает, что сохранение молодости стволовых клеток зависит не только от способности поддерживать целостность ДНК, но и от правильной организации генетического материала внутри ядра.
Авторы предполагают, что механизм TOP2A–LMNB1 может стать перспективным направлением для дальнейшего изучения клеточного старения и способов поддержания способности тканей к восстановлению.
При этом говорить о готовом способе омоложения или лечении возрастных заболеваний пока рано. Большая часть причинно-следственных экспериментов проведена на клеточных культурах, а результаты на животных требуют дополнительного подтверждения. Также предстоит выяснить, действует ли этот механизм одинаково в разных типах клеток и тканях человека.
Подпишитесь на «Инк» в Telegram. Там мы пишем нескучным языком о самом важном для предпринимателей. Подписаться.
