Ученые обратили вспять старение мышц у мышей и обнаружили удивительную загвоздку

Новое исследование Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, проведенное на мышах, указывает на удивительное объяснение. По мере старения мышц их стволовые клетки накапливают большое количество белка, который замедляет их включение и восстановление поврежденных тканей. В то же время тот же белок помогает клеткам дольше выживать в более стрессовой среде старых мышц.

Исследование, опубликованное в журнале Наукапредполагает, что некоторые биологические изменения, связанные со старением, могут быть не просто вредным упадком. Вместо этого они могут представлять собой встроенные стратегии выживания. «Это привело нас к новому взгляду на старение», — сказал доктор Томас Рэндо, старший автор исследования и директор Центра регенеративной медицины Эли и Эдит Броуд в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе.

«Это противоречит здравому смыслу, но стволовые клетки, переживающие старение, на самом деле могут быть наименее функциональными. Они выживают не потому, что они лучшие в своей работе, а потому, что они лучше всех выживают. Это дает нам совершенно другую точку зрения для понимания того, почему ткани разрушаются с возрастом».

Белок, который замедляет восстановление мышц с возрастом

Исследовательская группа под руководством ученых-докторантов Дженгмина Канга и Дэниела Бенджамина сравнила мышечные стволовые клетки молодых и старых мышей. Они обнаружили, что уровень белка NDRG1 резко увеличивается с возрастом, достигая уровня в 3,5 раза выше в старых клетках, чем в молодых. NDRG1 действует как тормоз внутри клетки. Он подавляет сигнальный путь, известный как mTOR, который обычно заставляет клетки активироваться, расти и восстанавливать ткани.

Чтобы определить, ответственен ли NDRG1 за более медленное заживление, ученые позволили мышам естественным образом стареть примерно до 75 человеческих лет. Затем они заблокировали активность NDRG1. Как только этот белок был ингибирован, старые мышечные стволовые клетки начали вести себя как молодые. Они активировались быстрее и быстрее восстанавливали поврежденные мышцы.

Омоложение требует компромисса

Был и недостаток. Когда NDRG1 был заблокирован, со временем выживало меньше мышечных стволовых клеток. В результате способность мышц к регенерации после повторных травм снижалась.

«Думайте об этом как о соревновании марафонца и спринтера», — сказал Рэндо, который также является профессором неврологии в Медицинской школе Дэвида Геффена в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. «Стволовые клетки молодых животных гиперфункциональны – действительно хороши в том, что они делают, а именно в спринте, но они не годятся для долгосрочной перспективе. Они могут преодолеть 100-метровый забег, но не могут преодолеть даже половину марафона. Напротив, старые стволовые клетки подобны марафонцам – медленнее реагируют, но лучше подготовлены к долгому пути. спринт».

Команда подтвердила свои результаты, используя несколько различных методов. Они изучали мышечные стволовые клетки молодых и старых мышей в лабораторных чашках и внутри живых тканей. Во всех экспериментах картина была последовательной. Более высокие уровни NDRG1 замедляли активацию стволовых клеток и восстановление мышц, но также повышали долгосрочную выживаемость клеток.

Ошибка клеточного выживания при старении

Исследователи предполагают, что повышение уровня NDRG1 отражает то, что они называют «предвзятостью выживаемости клеток». Со временем стволовые клетки, которые не могут производить достаточное количество NDRG1, с большей вероятностью погибнут. Оставшаяся популяция состоит из клеток, которые действуют медленнее, но лучше способны противостоять стрессам старения.

«Некоторые возрастные изменения, которые выглядят пагубными – например, замедление восстановления тканей – на самом деле могут быть необходимыми компромиссами, которые предотвращают нечто худшее: полное истощение пула стволовых клеток», – сказал Рандо.

Рандо сравнивает этот сдвиг с компромиссами, связанными с выживанием, наблюдаемыми в природе. В экстремальных условиях, таких как засуха, голод или отрицательные температуры, животные активируют программы устойчивости, такие как спячка, вместо того, чтобы вкладывать энергию в воспроизводство. Аналогичным образом, стареющие стволовые клетки, по-видимому, отвлекают ресурсы от производства новых клеток и направляют их на программы выживания, поскольку они справляются со стрессом.

«Виды выживают, потому что они размножаются, но во времена лишений животные включают свои собственные программы устойчивости», — сказал Рандо. «В природе существует множество примеров распределения ресурсов для выживания во время стресса. Это точно соответствует тому, что мы видим на клеточном уровне».

Последствия для антивозрастной терапии

Эти результаты могут стать основой для будущих методов лечения, направленных на ускорение регенерации мышц у пожилых людей. Однако Рэндо предупреждает, что повышение эффективности стволовых клеток может стоить дорого. «Бесплатного обеда не бывает. Мы можем на какое-то время улучшить функцию старых клеток в определенных тканях, но каждый раз, когда мы это делаем, это будет иметь потенциальную цену и потенциальный недостаток».

Команда планирует продолжить изучение того, как баланс между выживанием и регенерацией контролируется на молекулярном уровне.

«Этот ген почти как дверь, которую мы открыли для понимания того, что контролирует эти компромиссы, которые так важны не только для эволюции видов, но и для старения тканей внутри человека», — сказал Рандо.

Исследование финансировалось Национальными институтами здравоохранения, Фондом НОМИС, Фондом исследований Млечного Пути, Фондом Хеволюции и Национальным исследовательским фондом Кореи.