Низкомолекулярное соединение омолаживает стволовые клетки нескольких тканей

В отличие от старого мозга (справа) в микроглии в молодом мозге мало TGF-beta1 (показан зеленым). (Фото: UC Berkeley)

Ученые Калифорнийского университета в Беркли (University of California, Berkeley) нашли низкомолекулярное соединение, одновременно «оживляющее» старые стволовые клетки в мозге и мышцах мышей. Это открытие позволяет предположить возможность лекарственного воздействия на организм человека, которое приведет к омоложению целого ряда стареющих тканей.

«Мы установили, что можно восстановить важную функцию не только стареющей ткани мозга, но и стареющих мышц, используя одну-единственную малую молекулу», - говорит соавтор статьи, опубликованной в журнале Oncotarget, профессор химической и биомолекулярной инженерии Дэвид Шаффер (David Schaffer), директор Центра стволовых клеток Беркли (Berkeley Stem Cell Center). «Это хорошая новость, потому что, если каждая ткань имеет свой собственный молекулярный механизм старения, мы не сможем восстановить функцию нескольких тканей одним вмешательством».

Это низкомолекулярное соединение снижает активность одного из факторов роста, трансформирующего фактор роста бета 1 (transforming growth factor beta 1, TGF-beta1), который, как за последние 10 лет показала коллега Шаффера Ирина Конбой (Irina Conboy), подавляет способность различных типов стволовых клеток восстанавливать ткани.

«Как следует из наших предыдущих работ, путь TGF-beta1, по-видимому, является одним из главных виновников мультитканевого старения», - комментирует доктор Конбой, доцент биоинженерии. «Активация этого белка вызывает старение ряда стволовых клеток в различных органах, таких как мозг, поджелудочная железа, сердце и мышцы. Это действительно первая демонстрация возможности найти препарат, омолаживающий активирующийся при старении ключевой путь TGF-beta1 и тем самым возвращающий молодость нескольким системам органов».

Старение связывается, в частности, с неспособностью тканевых стволовых клеток производить новые клетки для замены поврежденных и, следовательно, восстанавливать ткани. Ученые доказали, что это снижение активности стволовых клеток в значительной степени является результатом воздействия ингибирующих химических агентов, присутствующих в окружающей стволовые клетки микросреде, некоторые из которых образуются иммунной системой в ответ на вялотекущее хроническое воспаление, также являющееся признаком старения.

В клетках гиппокампа фактор роста TGF-beta1 (окрашен на снимке красным) практически не присутствует в молодой ткани, но повсеместно распространен в старой ткани, где он подавляет функцию стволовых клеток и способствует старению. (Фото: UC Berkeley)

В 2005 году доктор Конбой и ее коллеги перелили старым мышам кровь молодых мышей, добившись повышения активности стволовых клеток мышц, печени и головного мозга/гиппокампа и показав, что содержащиеся в молодой крови химические вещества действительно омолаживают химическое микроокружение стареющих стволовых клеток. В прошлом году врачи начали небольшое исследование с целью определить, может ли плазма крови молодых людей помочь устранить уже возникшие повреждения головного мозга у больных пожилого возраста, страдающих болезнью Альцгеймера.

Однако такие методы лечения нецелесообразны, если не сказать опасны, поэтому Конбой, Шаффер и другие пытаются найти специфические химические вещества, использование которых будет безопасным и имеющим прогнозируемый эффект для поддержания молодости микроокружения стволовых клеток многих органов. Одной из ключевых химических мишеней для мультитканевого омоложения является TGF-beta1, уровень которого с возрастом имеет тенденцию к повышению во всех тканях организма и высокие уровни которого, как показала доктор Конбой, снижают активность стволовых клеток.

Пять лет назад профессор Шаффер, изучающий нейральные стволовые клетки головного мозга, и доктор Конбой объединили свои усилия, чтобы изучить активность TGF-beta1 в гиппокампе, области мозга важной для памяти и обучения. В своем новом исследовании они показали, что в гиппокампе старых мышей, так же как и в крови и других старых тканях, уровень TGF-beta1 повышен.

Используя вирусный вектор для генной терапии, разработанный профессором Шаффером, исследователи ввели в мозг старых мышей генетические блокаторы, чтобы подавить активность TGF-beta1. В результате активность стволовых клеток гиппокампа и их способность производить новые нервные клетки повысилась.

На следующем этапе исследования ученые ввели в кровь мыши химическое вещество, блокирующее рецепторы TGF-beta1 и, следовательно, снижающее его влияние. Эта малая молекула, ингибитор киназы Alk5, уже проходящая испытания в качестве противоракового агента, успешно восстановила функцию стволовых клеток как в головном мозге, так и в мышечной ткани старого животного, что, по словам доктора Конбой, потенциально делает его сильнее и умнее.

«Сигналинг ключевого регуляторного пути TGF-beta1 вернулся к уровню, свойственному молодому возрасту, что, кроме того, снизило воспаление тканей, обеспечивая тем самым более благоприятную среду для сигналинга стволовых клеток», - поясняет Конбой.

Как отмечают исследователи, это только первый шаг на пути к терапии, так как активность стволовых клеток взрослого организма регулируется и другими биохимическими сигналами. В настоящее время исследовательские группы Шаффера и Конбой сотрудничают в разработке многостороннего подхода, в котором модуляция двух ключевых биохимических регуляторов может привести к безопасному восстановлению ответа стволовых клеток в нескольких старых и патологических тканях.

«Перед нами стоит задача, используя небольшое количество химических веществ, тщательно перенастроить различные сигнальные пути в окружающей стволовые клетки среде так, чтобы в конечном итоге вернуть ее в молодое состояние», - определяет направление дальнейшей работы доктор Конбой. «Ключом к омоложению среды стволовых клеток будет дозировка».

По материалам

Drug perks up old muscles and aging brains

Оригинальная статья:

Hanadie Yousef, Michael J. Conboy, Adam Morgenthaler, Christina Schlesinger, Lukasz Bugaj, Preeti Paliwal, Christopher Greer, Irina M. Conboy, David Schaffer. Systemic attenuation of the TGF-β pathway by a single drug simultaneously rejuvenates hippocampal neurogenesis and myogenesis in the same old mammal

© «Низкомолекулярное соединение омолаживает стволовые клетки нескольких тканей». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на страницу Старение. Письменное разрешение обязательно.

Еще о старении

Старение и РНК-хеликазы

Форсированный апоптоз сенесцентных клеток увеличивает продолжительность жизни мышей

Роль митохондрий в старении клетки

Никотинамид рибозид останавливает процесс старения органов

Новое о гене Oct4. Может, он и есть тот самый ген «вечной молодости»?

Добиться двукратного удлинения теломер можно без генных манипуляций