Исследование предполагает, что эпигенетические изменения управляют процессом старения и что эти изменения могут быть податливыми. «Мы не исправили мутацию, которая вызывает преждевременное старение у этих мышей», — говорит ведущий исследователь Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, профессор лаборатории экспрессии генов Института биологических наук Солка. «Мы изменили старение, изменив эпигеном, предполагая, что старение — это пластический процесс».Это первый отчет, в котором перепрограммирование клеток увеличивает продолжительность жизни живых животных.
Предыдущие усилия привели к тому, что мыши либо сразу умерли, либо у них развились обширные опухоли. Команда Солка использовала подход частичного перепрограммирования клеток, который не приводил к опухолям или смерти. «Мы были удивлены и взволнованы, увидев, что мы смогли продлить продолжительность жизни с помощью перепрограммирования in vivo», — говорит соавтор исследования Прадип Редди.
Перепрограммирование клеток превращает взрослую клетку, такую ??как клетка кожи, в индуцированную плюрипотентную стволовую (iPS) клетку. Клетки IPS имеют высокую скорость пролиферации и еще не специализированы для выполнения функций, например, для того, чтобы быть частью кожи. Перепрограммирование включает в себя индукцию экспрессии в клетках четырех факторов, называемых факторами Яманака. Факторы должны экспрессироваться в течение 2–3 недель, чтобы клетки достигли плюрипотентности.
Команда Солка использовала частичное репрограммирование, которое индуцировало экспрессию факторов Яманака всего на 2–4 дня. Клетки не достигают плюрипотентности.
Скорее, клетка, которая начинается как клетка кожи, остается клеткой кожи. Но признаки возрастной дисфункции клетки уменьшаются. В этом исследовании частичное перепрограммирование клеток in vitro уменьшало накопление повреждений ДНК и восстанавливало структуру ядра. «Эти изменения являются результатом эпигенетического ремоделирования клетки», — говорит Изписуа Бельмонте.
Эпигенетические метки, которые изменяются в течение жизни в ответ на изменения окружающей среды, регулируют и защищают геном. Некоторые метки включают специализированные функции, такие как механизмы клеток кожи в клетке кожи, и выключают механизмы, которые не нужны, такие как механизмы клеток печени. «Во время старения метки добавляются, удаляются и изменяются», — говорит соавтор книги Алехандро Окампо. «Ясно, что эпигеном меняется с возрастом».Команда индуцировала экспрессию факторов Яманака во всех клетках организма, используя свой подход частичного репрограммирования. Несколько органов улучшились.
Например, ткани кожи, селезенки, почек и желудка улучшились по внешнему виду при исследовании под микроскопом. Сердечно-сосудистая система, которая часто дает сбой и вызывает преждевременную смерть у этих преждевременно стареющих мышей, также продемонстрировала улучшения в структуре и функциях. «Трудно сказать, почему животное живет дольше», — говорит соавтор книги Палома Мартинес-Редондо. «Но мы знаем, что экспрессия этих факторов вызывает изменения в эпигеноме, и они приносят пользу на клеточном и организменном уровне».Команда также проверила применение частичного перепрограммирования на моделях травм у мышей. В этом исследовании частичное перепрограммирование усиливало регенерацию мышечной ткани и бета-клеток в поджелудочной железе после травмы.
Следующие шаги будут включать изучение того, как эпигеном изменяется во время частичного репрограммирования. «Нам нужно вернуться назад и выяснить, какие признаки меняются и стимулируют процесс старения», — говорит Изписуа Бельмонте.