Вариации стареющих клеток могут определять здоровье и начало возрастных заболеваний

Исследователи из Университета Кумамото (Япония) предположили, что вариации клеточного старения в процессе старения организма могут влиять на здоровье и начало возрастных заболеваний. Основываясь на характеристиках секреции воспалительных цитокинов, выделяемых стареющими клетками, они выдвинули гипотезу о существовании как минимум четырёх различных состояний клеточного старения, которые возникают в результате скоординированных метаболических и эпигеномных изменений. Характеристика и категоризация качественно различных состояний клеточного старения может дать новое понимание процесса старения и сенесценции.

Многие клетки организма в конечном итоге снижают свои функции и прекращают рост после многократных делений в процессе, называемом клеточным старением (сенесценцией). Это важный фактор здоровья и долголетия. Преждевременное старение возникает при повреждении геномной ДНК стрессорами (радиация, ультрафиолет, лекарства), но его механизмы до конца не изучены. С одной стороны, сенесценция предотвращает развитие злокачественных опухолей, но с другой — увеличивает вероятность многих возрастных заболеваний.

Хотя стареющие клетки теряют способность к пролиферации, они секретируют различные белки, которые действуют на окружающие клетки и способствуют хроническому воспалению и росту раковых клеток. Это называется связанным со старением секреторным фенотипом (SASP). Показано, что стареющие клетки накапливаются в организмах старых мышей, а их удаление может подавлять старение всего организма. Таким образом, контроль над клеточным старением может позволить регулировать процесс старения всего тела.

Исследовательская группа профессора Мицёси Накао изучает механизмы клеточного старения с точки зрения эпигенетики. Они провели скрининг факторов, участвующих в старении человеческих фибробластов, и обнаружили, что метилтрансферазы SETD8, NSD2 и другие белки играют роль в предотвращении клеточного старения.

В ходе обзора процесса клеточного старения во времени и характеристик SASP исследователи пришли к выводу, что существует как минимум четыре фенотипических вариации (состояния) клеточного старения:

  1. Инициация (остановка пролиферации)
  2. Раннее (противовоспалительное)
  3. Полное (повышенное воспаление и метаболизм)
  4. Позднее (снижение воспаления и метаболизма)

Вариации клеточного старения могут формироваться «программой старения», в которой изменения внутриклеточного метаболизма и эпигеномики (контроль ВКЛ/ВЫКЛ генов) происходят скоординированно.

  • В состоянии инициации подавляются гены, способствующие пролиферации, и активируются гены, блокирующие её. Ключевую роль играют белки-супрессоры опухолей p53 и ретинобластома (Rb).
  • В раннем состоянии морфология клеток значительно меняется, активируются цитокины с противовоспалительными свойствами.
  • В полном состоянии гены провоспалительных цитокинoв сильно экспрессируются, вызывая мощный воспалительный ответ. Одновременно увеличивается экспрессия метаболических генов (например, митохондриальных) и генов, синтезирующих белки, через белок Rb. Метаболические реакции производят энергию, необходимую для синтеза и секреции белков.
  • В позднем состоянии воспалительный ответ и метаболизм снижаются, но в ответ на фрагменты цитоплазматической ДНК ядерного генома и митохондриальной ДНК вырабатывается и секретируется интерферон.

«Мы надеемся, что наша работа даст научному сообществу возможность задуматься о новом понимании механизмов клеточного старения и старения организма», — сказал профессор Накао. «Мы считаем, что фенотипическая вариация клеточного старения может привести к новым методам продления здорового долголетия, а также контроля и профилактики возрастных заболеваний».