Учёные впервые заглянули внутрь живых стволовых клеток и увидели, как начинается старение

Учёные из Института регенеративной медицины в Швейцарии разработали новый мощный метод, который позволяет наблюдать, как отдельные клетки производят белки в процессе старения. Эта работа дала исследователям редкую возможность увидеть скрытую молекулярную активность стволовых клеток прямо в живой ткани. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Cell. Главный интерес учёных был сосредоточен на эпидермальных стволовых клетках — клетках кожи, которые отвечают за обновление и восстановление тканей. Именно благодаря им кожа способна заживать после повреждений и постоянно обновляться.

Однако с возрастом эта способность постепенно ослабевает. Новое исследование помогает понять, почему это происходит на молекулярном уровне. Исследователи смогли наблюдать, как внутри стволовых клеток меняется процесс производства белков. Белки являются одними из главных «рабочих молекул» организма: они участвуют в построении клеток, передаче сигналов, восстановлении тканей и множестве других процессов.

Поэтому то, как именно клетка регулирует синтез белков, напрямую влияет на её состояние, активность и способность выполнять свои функции. Для работы учёные использовали усовершенствованную форму одноклеточного рибосомного профилирования. Этот метод позволяет определить, какие информационные РНК в данный момент активно переводятся в белки внутри клетки.

Проще говоря, исследователи получили возможность увидеть не просто набор генов или молекул, присутствующих в клетке, а именно то, какие инструкции клетка реально использует для производства белков в конкретный момент времени. Такой подход позволил составить так называемые «трансляционные ландшафты» стареющей кожи. Под этим термином понимается общая картина того, как клетки контролируют производство белков с течением времени. Благодаря этой технологии учёные смогли буквально «подслушать» молекулярную работу живых клеток и выяснить, что с возрастом кожные стволовые клетки проходят своеобразное перепрограммирование.

По словам доктора Клары Дюре, ведущего автора исследования, стволовые клетки отличаются двумя ключевыми свойствами: они способны к самообновлению на протяжении жизни и могут превращаться в другие типы клеток. Именно эти способности делают их важнейшим элементом регенерации тканей. Но новое исследование показывает, что с возрастом внутренняя организация этих клеток меняется, и это может объяснять снижение их восстановительного потенциала.

Интересно, что даже в молодом возрасте стволовые клетки не работают как высокоэнергетические «фабрики», постоянно загруженные производством белков. Напротив, они обычно сохраняют относительно спокойное состояние. Их рибосомы — клеточные структуры, на которых собираются белки, — работают не на максимальной мощности. Такое состояние, как считают учёные, помогает стволовым клеткам сохранять свою «стволовость», то есть способность оставаться неспециализированными и при необходимости превращаться в нужные типы клеток.

Соматические стволовые клетки обладают особой молекулярной подписью: у них активно формируются рибосомы, но общий уровень синтеза белков остаётся низким. Это сочетание, по мнению исследователей, важно для поддержания их способности к самообновлению и сохранению незрелого состояния. Однако до сих пор было плохо понятно, как именно старение влияет на этот тонкий баланс. Новое исследование показало, что с возрастом трансляционная способность стволовых клеток меняется. Иными словами, стареющие клетки начинают иначе выбирать, какие молекулярные инструкции использовать для производства белков.

Эти изменения могут быть связаны с тем, что ткани пожилого организма хуже восстанавливаются после повреждений, медленнее обновляются и становятся более уязвимыми к воспалительным процессам. Учёные также отмечают, что стволовые клетки влияют не только на регенерацию кожи, но и на процессы, связанные с воспалением и иммунитетом. Кожа — это сложная и неоднородная ткань. В ней находятся не только эпидермальные стволовые клетки, но и дифференцированные кератиноциты, клетки волосяных фолликулов, а также иммунные клетки, включая макрофаги, дендритные клетки и Т-клетки.

Поэтому понимание поведения стволовых клеток может иметь более широкое значение для изучения старения тканей в целом. Авторы работы подчёркивают, что их исследование пока сосредоточено на эпидермисе. Однако сам метод одноклеточного рибосомного профилирования может в будущем быть адаптирован и для других тканей. Правда, для этого потребуется дополнительная оптимизация протоколов. Главное значение этой работы заключается в том, что учёные получили инструмент, позволяющий изучать старение живых тканей с беспрецедентной точностью.

Теперь исследователи могут наблюдать не только внешние последствия старения, но и внутренние молекулярные изменения, происходящие в отдельных клетках. Это может открыть путь к новым подходам в регенеративной медицине, лечению возрастных повреждений кожи и, возможно, более глубокому пониманию того, почему организм со временем теряет способность к восстановлению.

• Учёные заблокировали белок, который помогает болезни Паркинсона распространяться по мозгу
• Белок восстановления ДНК может стать ключом к новым методам лечения рака
• Учёные выявили сотни генов, связанных с зависимостями: исследование охватило Европу, Африку и Америку
• Тест мозга поможет предсказать, кто сможет достичь оргазма во время терапии антидепрессантами
• Полиненасыщенные жирные кислоты помогают обратить возрастное ухудшение зрения
• Магний, микробиом и снижение риска рака кишечника
• Учёные подтвердили, что физические нагрузки положительно влияют на мозг
• Бразильские исследователи нашли новые терапевтические мишени при опухолях половых клеток у детей