|
Клетки-зомби в стареющих тканях
|
|
|
|
С возрастом некоторые клетки нашего организма переходят в состояние старения, при котором они перестают делиться, но не погибают. Такие стареющие клетки могут способствовать развитию возрастных заболеваний, таких как рак, дегенерация тканей и воспалительные заболевания. Исследователи из Массачусетского технологического института разработали неинвазивный способ выявления биомаркеров старения, который может помочь в разработке более эффективных методов диагностики и лечения этих заболеваний. Их метод основан на рамановской микроскопии, которая позволяет определять биохимический состав клеток, не повреждая их.
|
|
|
|
Объединив рамановскую микроскопию с данными об экспрессии генов в отдельных клетках, исследователи смогли выделить уникальные «штрихкоды», которые можно использовать для быстрой идентификации стареющих клеток. Исследование проводилось на клетках мышей, но сейчас ученые работают над адаптацией метода для работы с человеческими тканями.
|
|
|
|
«Можно представить, что однажды мы создадим эндоскоп, который сможет заглянуть внутрь вашего тела и определить, есть ли в нем стареющие клетки», — говорит Чон Ун Кан, научный сотрудник Массачусетского технологического института и один из старших авторов исследования.
|
|
|
|
Это исследование является частью инициативы Национального института здравоохранения под названием «Сеть изучения клеточного старения», цель которой — глубже понять процесс старения в надежде разработать методы лечения, которые помогут бороться с некоторыми негативными последствиями воздействия стареющих клеток на ткани.
|
|
|
|
|
|
|
Питер Со, директор Лазерного центра биомедицинских исследований Массачусетского технологического института (LBCR) и профессор биологической и механической инженерии в Массачусетском технологическом институте, а также Цзянь Шу, доцент Массачусетской больницы общего профиля (MGH) и Гарвардской медицинской школы, ассоциированный сотрудник Института Броуда и Института Рагона, также являются старшими авторами статьи, опубликованной сегодня в журнале Nature Aging.
|
|
|
|
Ведущие авторы статьи — Кэ Чжан, преподаватель Массачусетской больницы общего профиля и Гарвардской медицинской школы; Синцзянь Чен, постдокторант Массачусетской больницы общего профиля и Гарвардской медицинской школы; Франческо Монтиколо, постдокторант Массачусетской больницы общего профиля и Гарвардской медицинской школы; и Сальваторе Соррентино, постдокторант Массачусетского технологического института.
|
|
Характеристика процесса старения
|
|
|
|
Клеточное старение часто вызывается повреждением ДНК, которое приводит к необратимой остановке клеточного цикла. Такие клетки не погибают, но претерпевают значительные изменения в своей форме, метаболических процессах и профиле экспрессии генов.
|
|
|
|
За уничтожение этих «клеток-зомби» отвечает иммунная система, но с возрастом этот процесс становится менее эффективным. Когда стареющих клеток становится слишком много, это может привести к дряблости кожи, мышечной слабости и таким хроническим заболеваниям, как остеоартрит и диабет 2-го типа.
|
|
|
|
Клеточное старение имеет и положительные стороны, играя важную роль в эмбриональном развитии и регенерации тканей.
|
|
|
|
«Старение — это не только патологическое состояние, — говорит Со. — Идея создания Сети по изучению клеточного старения при Национальном институте здравоохранения заключается в том, чтобы применить комплексный подход к изучению старения и выявлению стареющих клеток, поскольку старение играет роль во многих нормальных физиологических и патологических процессах».
|
|
|
|
Ученые уже выявили несколько биомаркеров старения, в том числе два белка — p16 и p21, которые участвуют в остановке клеточного цикла. Однако эти белки можно выявить только с помощью метода, который приводит к разрушению клеток.
|
|
|
|
Команда ученых из Массачусетского технологического института хотела найти способ неинвазивного выявления стареющих клеток с помощью рамановской микроскопии. В отличие от секвенирования РНК, при котором клетки разрушаются в процессе анализа, рамановская микроскопия — это неразрушающий метод, позволяющий определить химический состав тканей или клеток путем воздействия на них светом в ближнем инфракрасном или видимом диапазоне.
|
|
|
|
В новом исследовании ученые использовали рамановскую микроскопию в сочетании с пространственным секвенированием РНК — методом, который позволяет определить, какие гены активны в той или иной ткани, — для выявления новых маркеров старения. Объединив эти два метода, они смогли получить гораздо более полное представление об отличительных особенностях стареющих клеток, включая уровни экспрессии генов, пространственное расположение и другую биохимическую информацию.
|
|
|
|
«Наша идея заключалась в том, чтобы изучить множество различных характеристик, чтобы охарактеризовать процесс старения. Поэтому мы хотели объединить методы анализа экспрессии генов в отдельных клетках и рамановскую микроскопию, чтобы охарактеризовать процесс старения с двух взаимодополняющих точек зрения», — говорит Шу.
|
|
|
|
С помощью обоих методов анализа исследователи изучили ткани кожи и лёгких мышей в возрасте 2 месяцев и 26 месяцев.
|
|
|
|
Одним из наиболее заметных изменений, наблюдаемых как в клетках лёгких, так и в клетках кожи, было усиление синтеза липидов в стареющих клетках, а также накопление липидов. Как это влияет на физиологию клеток, пока неизвестно, говорят исследователи.
|
|
|
|
Исследователи также обнаружили некоторые изменения, характерные для каждой ткани. В стареющих клетках кожи они обнаружили значительные нарушения в клеточных процессах, связанных с сокращением мышц и ремоделированием коллагена и внеклеточного матрикса. В стареющих клетках лёгочной ткани они обнаружили повышенную активность генов, связанных с активацией иммунной системы и воспалением.
|
|
|
|
В будущем исследователи надеются подробнее изучить роль этих изменений в стареющих клетках.
|
|
Выявление стареющих клеток
|
|
|
|
Используя эти данные, исследователи смогли выявить комбинации комбинаций пиков комбинационного рассеяния света, которые коррелируют со старением. Эти пики, соответствующие определённым химическим связям, связаны с присутствием определённых липидов, белков или других молекул.
|
|
|
|
«Объединив наиболее важные характеристики комбинационного рассеяния света с наиболее важными генными сигнатурами, мы смогли создать своего рода штрихкод, который поможет нам более объективно выявлять стареющие клетки, — говорит Соррентино. — С помощью этого штрихкода мы можем сосредоточиться на нескольких полосах комбинационного рассеяния света, которые оказались наиболее информативными в ходе нашего исследования».
|
|
|
|
С помощью этих полос можно будет выявлять стареющие клетки, анализируя только их. Это поможет разработать метод диагностики, который позволит обнаруживать стареющие клетки.
|
|
|
|
Чтобы сделать это возможным, исследователи сейчас работают над более быстрой версией своей системы рамановской визуализации. Сейчас на анализ образца ткани размером примерно в один квадратный миллиметр уходит около 30 часов, но они надеются разработать систему, которая сможет быстро выделять идентифицированные ими «рамановские штрихкоды» из образцов большего размера.
|
|
|
|
Источник
|
