Ограничение железа сохраняет молодость кроветворных стволовых клеток
С возрастом наши гемопоэтические (кроветворные) стволовые клетки (HSCs) теряют способность производить новые эритроциты, лейкоциты и другие жизненно важные компоненты крови. Это способствует хроническому воспалению и ускоряет развитие рака крови и дегенеративных заболеваний.
Исследователи из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна и онкологического центра MECCC обнаружили, что снижение функции HSCs можно предотвратить или даже обратить вспять, уменьшив уровень железа в этих взрослых стволовых клетках. Результаты опубликованы в журнале Cell Stem Cell.
«Мы показали, что это снижение функции HSCs не является неизбежным и, по-видимому, обратимо», — заявила старший автор исследования Бритта Уилл.
«Снижая уровень железа внутри клетки с помощью клинически доступного препарата, мы смогли восстановить молодой пул HSCs у старых мышей. Эта простая стратегия лечения обещает замедлить старение, а также хронические воспалительные заболевания и рак крови».
Неожиданная роль железа в кроветворных стволовых клетках
Исследование началось в 2018 году, когда было замечено, что препарат элтромбопаг, используемый для повышения уровня тромбоцитов, также стимулирует активность HSCs. Оказалось, что это улучшение происходит потому, что элтромбопаг удаляет (хелатирует) железо из HSCs. Новое исследование показало, что количество железа внутри HSCs определяет судьбу и функцию клеток.
- Избыток железа активирует воспаление внутри HSCs и переводит их в состояние покоя (дремлющее состояние), что ограничивает их способность к самовоспроизведению и производству достаточного количества качественных клеток крови.
- Ограничение железа, напротив, позволяет HSCs легко размножаться и эффективно реагировать на потребность в новых компонентах крови.
«По сути, ограничение железа управляет и защищает регенеративную способность стволовых клеток — их способность делиться и дифференцироваться в клетки крови», — пояснил соавтор Юнь-Жуэй Као.
Механизм: В исследованиях на молодых мышах было обнаружено, что низкий уровень железа запускает в HSCs молекулярный ответ, который временно увеличивает метаболизм жирных кислот, укрепляя генетические программы после их пролиферации. В HSCs старых мышей, напротив, был повышен уровень железа, который подавлял активацию этого нового пути метаболизма жирных кислот.
Эксперименты с хелаторами железа
Исследователи изучили, удаление железа из HSCs улучшит производство клеток крови у старых мышей.
- Краткосрочное воздействие: Старым мышам в течение 14 дней ежедневно вводили хелатор железа дефероксамин. После трансплантации их HSCs другим мышам, эти клетки произвели значительно больше клеток крови по сравнению с контрольной группой.
- Долгосрочное воздействие: Когда 6-месячным (среднего возраста) мышам давали хелатор железа в течение 13 месяцев (до глубокой старости), регенеративная способность их HSCs увеличилась до 10 раз по сравнению с контрольной группой.
Старение и потребление железа
Хотя старение часто связано с системным дефицитом железа, и пожилым людям часто рекомендуют добавки, ключевой вывод исследования заключается в другом.
«Наше ключевое открытие — то, что хелаторы, нейтрализуя перегрузку железом внутри HSCs, могут позволить им оставаться здоровыми в старости — потенциально важно. Насколько нам известно, это первый случай, когда неинвазивная стратегия успешно омолодила стволовые клетки», — сказала д-р Уилл.
Она подчеркнула, что метаболизм железа с возрастом может нарушаться, приводя к дефициту в одних органах и перегрузке в других, включая костный мозг, где находятся многие HSCs. Экспериментальная стратегия нуждается в клинической оценке на безопасность и эффективность.
Текущие исследования д-р Уилл и её команды сосредоточены на том, как безопасно ограничивать железо в HSCs при старении, может ли это предотвратить их раковое перерождение и в какой степени другие взрослые стволовые клетки (например, в кишечнике) также зависят от ограничения железа для регенерации тканей.