Американские ученые проверили технологию частичного репрограммирования на клетках человека и мыши. Они выяснили, что 2-4 дня работы факторов репрограммирования сдвигают экспрессию генов так, что клетки от пожилых доноров становятся ближе к клеткам от молодых доноров. При этом их эпигенетический возраст также снижается. Кроме того, с помощью репрограммирования удалось обратить и функциональные дефекты — в клетках человеческого хряща и мышиной мышцы. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Технология репрограммирования клеток, то есть возвращения к зародышевому состоянию, известна уже почти 15 лет. Она состоит в том, чтобы тем или иным способом запустить в клетках работу четырех факторов транскрипции (факторов Яманаки), которые выключают гены, связанные со специализацией клетки, и она превращается в эмбриональную стволовую — то есть становится универсальным предшественником для любых клеточных типов.
Cтарение сопровождается истощением запасов стволовых клеток в организме, но и те клетки, что не способны делиться, теряют часть своих функций. Поэтому возникла идея омоложения через репрограммирование. Чтобы не превратить ткани в эмбриональные клетки, ученые пытаются использовать частичное репрограммирование, то есть «включать» работу факторов Яманаки на короткое время. Чтобы достичь этого на мышах, исследователи вывели трансгенных животных, у которых экспрессию факторов Яманаки можно было регулировать, добавляя в корм определенное лекарство. И оказалось, что репрограммирование частично способствует омоложению: ученые работали с ускоренно стареющими мышами и смогли продлить их жизнь.
Но с человеком это провернуть невозможно. Не только потому, что никто не рискнет вывести трансгенных людей, но и потому, что мышиные модели ускоренного старения не вполне повторяют человеческие болезни, а те, в свою очередь, не полностью соответствуют нормальному старению. Поэтому, если мы хотим использовать частичное репрограммирование для продления человеческой жизни, необходимо научиться применять эту технологию на обычных человеческих клетках.
За это взялась группа ученых под руководством Томаса Рэндо (Thomas Rando) из Медицинской школы Стэнфордского университета. В своих предыдущих работах исследователи разработали протокол репрограммирования, который не требует встраивания чужеродных генов в ДНК — они просто регулярно вводят в клетки РНК, кодирующие факторы Яманаки. После двух недель этой процедуры клетки превращаются в зародышевые. При этом, по подсчетам исследователей, примерно на пятый день в клетках появляются признаки стволовых клеток: это время они сочли точкой невозврата.
Чтобы достичь частичного репрограммирования, они вводили РНК факторов Яманаки в течение четырех дней в фибробласты и клетки эндотелия (стенки сосудов) человека. Для этого эксперимента они использовали клетки пожилых (60-90 лет) доноров, а затем сравнивали экспрессию генов в репрограммированных клетках с клетками молодых (25-35 лет) доноров. По профилю экспрессии репрограммированные клетки оказались ближе к молодым, чем к старым донорам. В то же время, в репрограммированных клетках исследователи не обнаружили маркеров стволовых клеток — это значит, что они не потеряли свою специализацию.
Затем ученые проверили, действительно ли репрограммирование связано с омоложением. Для этого они измерили эпигенетический возраст клеток до и после репрограммирования и обнаружили, что фибробласты пожилых доноров стали моложе в среднем на 1,84 года, а клетки эндотелия — на 4,94. Вместе с этим в них появились и другие признаки клеточной молодости: стало больше протеасом и аутофагосом — машин внутриклеточной «уборки» (p < 0,01), а клетки эндотелия стали выделять меньше провоспалительных молекул.
Свою методику исследователи опробовали и на других типах клеток. Например, они выделили клетки хрящевой ткани из суставов пациентов с остеоартритом. После репрограммирования в этих клетках снизилась экспрессия маркеров воспаления и окислительного стресса, они начали чаще делиться и производить больше энергии (p < 0,05). Затем ученые выделили стволовые клетки из мышц пожилых мышей, частично их репрограммировали и трансплантировали в поврежденные мышцы других пожилых мышей. После этого сила сокращения мышц выросла на треть, то есть стволовые клетки стали более активно участвовать в заживлении поврежденных участков.
Тем не менее, до начала экспериментов на людях этой технологии предстоит пройти еще множество проверок. Поскольку даже частичное омоложение клеток чревато приобретением способности к делению, исследователям потребуется неоднократно подтвердить, что в результате их манипуляций клетки не становятся опухолевыми. В этой работе ученые измерили длину теломер репрограммированных клеток и показали, что они не стали длиннее, однако для безопасного применения репрограммирования необходимо будет выяснить, не теряют ли клетки своих основных свойств и не получают ли какие-то новые.
