Клетки мозга защищают мышцы от истощения
Белки, которые с возрастом образуют агрегаты в мозге и могут вызывать болезнь Альцгеймера, аналогичным образом накапливаются в мышцах, способствуя возрастной атрофии.
Ученые из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что клетки мозга помогают очищать эти скопления и продлевать жизнь — по крайней мере, у червей Caenorhabditis elegans и, возможно, мышей. Это открытие может привести к созданию препаратов для улучшения здоровья мышц или продления здоровой жизни человека.
Последнее исследование, опубликованное 24 января в журнале Science, показало, что всего четыре глиальные клетки в мозге червя контролируют стрессовый ответ в клетках по всему телу и увеличивают продолжительность жизни червя на 75%. Это стало неожиданностью, поскольку глиальные клетки часто считаются лишь вспомогательными для нейронов.
Это открытие следует за исследованием 2013 года, в котором та же группа сообщила, что нейроны также регулируют стрессовый ответ в периферических клетках (другом способом) и увеличивают жизнь червя примерно на 25%. У мышей усиление нейрональной регуляции увеличивает продолжительность жизни примерно на 10%.
Вместе эти результаты показывают двухкомпонентный подход мозга к поддержанию здоровья клеток тела:
- Нейроны посылают кратковременные электрические сигналы для мобилизации клеток на стресс (например, разрушение белковых агрегатов).
- Глиальные клетки выделяют длительно действующий (пока не идентифицированный) гормон, поддерживающий долгосрочный антистрессовый ответ.
«Мы думаем, что глия окажется важнее нейронов», — сказал профессор Эндрю Диллин. Он отметил, что активация этих ответов перестраивает метаболизм и защищает от агрегации белков.
Хотя C. elegans эволюционно далек от человека, сходный эффект глиальных клеток у мышей позволяет предположить, что это может быть верно и для людей. Это открывает возможности для создания препаратов против истощения мышц, ожирения и, возможно, для увеличения здоровой продолжительности жизни.
«Если мы найдем этот гормон, возможно, он поможет поддерживать мышечную массу у пожилых людей. Здесь огромные возможности», — заявил Диллин.
Как продлить жизнь
Диллин изучает одновременное ухудшение состояния клеток по всему телу с возрастом. Его работа показывает, что мозг сдерживает этот распад, активируя в клетках тела стрессовый ответ и настраивая их метаболизм. Этот ответ, вероятно, возник для борьбы с инфекцией, а побочным эффектом стало поддержание здоровья тканей и продление жизни.
За последнее десятилетие его группа определила у червей три механизма поддержания здоровья клеток и долголетия:
- Активация теплового шокового ответа защищает цитоплазму клетки.
- Стимуляция ответа на развернутые белки защищает митохондрии.
- Новое открытие: глия (а также нейроны) стимулируют ответ на развернутые белки в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР). ЭР отвечает за сворачивание и созревание белков.
Другие вмешательства, увеличивающие продолжительность жизни червей: ограничение диеты и снижение выработки гормона инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1).
Открытия Диллина уже привели к новым методам лечения. Основанная им компания Mitobridge Inc. разработала препарат на основе активации митохондрий, который сейчас находится в клинических испытаниях II фазы. Другая его компания, Proteostatis Therapeutics, разрабатывает лечение муковисцидоза на основе активации ответа на развернутые белки.
Новое открытие о влиянии нейромедиаторов и гормонов на ЭР может иметь значение для заболеваний, связанных с истощением мышц, таких как болезнь Хантингтона и некоторые формы миозита.
Глиальные клетки
В 2013 году группа Диллина обнаружила, что усиление экспрессии белка xbp-1s в сенсорных нейронах мозга червя повышает ответ на развернутые белки во всем теле. Позже постдок Эшли Фрейкс выяснила, что в этом процессе участвуют и окружающие эти нейроны глиальные клетки.
Активация xbp-1s в подмножестве этих глиальных клеток (CEPsh) оказала на периферические клетки еще большее влияние, чем в нейронах. Фрейкс смогла определить четыре конкретные клетки CEPsh, ответственные за запуск ответа ЭР (у C. elegans всего 959 клеток, из них 302 нейрона и 56 глиальных клеток).
Нейроны CEP и глиальные клетки CEPsh работают по-разному, но аддитивно, улучшая метаболизм, очищая белковые агрегаты и позволяя червям жить в два раза дольше при высокожировой диете.
«Тот факт, что всего несколько клеток контролируют будущее всего организма, ошеломляет. Глия работает в 10 раз лучше нейронов в стимулировании этого ответа и примерно в два раза лучше в продлении жизни», — сказал Диллин.
Сейчас Фрейкс пытается идентифицировать сигнальный гормон, вырабатываемый этими глиальными клетками. Это первый шаг к поиску способа активации этого ответа в стареющих клетках и, возможно, создания препарата для «настройки» человеческих клеток против последствий старения, ожирения или стресса.
Также было обнаружено, что черви худели, потому что их запасы жира (липидные капли) превращались в ЭР. Другая исследовательская группа показала, что активация xbp-1s в нейронах мышей также снижает запасы жира, защищает от последствий высокожировой диеты и увеличивает продолжительность жизни.
«Я думаю, мы увидим то же самое и у людей», — заключил Диллин.