Ученые обратили старение в линии клеток человека

04.06.201514010

Можно ли отсрочить старение или даже обратить его? Результаты исследования, проведенного под руководством профессора Джун-Ичи Хаяши (Jun-Ichi Hayashi) из Университета Тсукуба (University of Tsukuba, Япония), показали, что, по крайней мере, в линиях клеток человека это возможно. В ходе исследования также было установлено, что регуляция двух генов, участвующих в синтезе глицина – самой маленькой и самой простой аминокислоты – частично ответственна за некоторые характеристики старения.

Профессор Хаяши и его группа сделали это интересное открытие в процессе решения некоторых спорных вопросов вокруг популярной теории старения.

Согласно митохондриальной теории старения, старение у людей и животных связано с накоплением мутаций в митохондриальной ДНК (мтДНК). Это связано с тем, что в митохондриях в ходе работы дыхательной цепи образуются повреждающие ДНК свободные радикалы. Митохондриальная ДНК, в отличие от ядерной, не защищена гистонами или другими ДНК-связывающими белками, поэтому митохондрии в большей степени подвержены повреждениям от свободных радикалов и накоплению мутаций, которые ученые связывают с уменьшением продолжительности жизни и ранним проявлением таких признаков старения, как потеря веса и волос, искривление позвоночника и остеопороз.

Однако все больше накапливается противоречивых доказательств, поднимающих вопрос о достоверности этой теории. В частности, исследовательская группа Университета Тсукуба провела убедительное исследование, которое позволило утверждать, что возрастные митохондриальные дефекты контролируются не накоплением мутаций в мтДНК, а другой формой генетической регуляции. В ходе исследования, результаты которого опубликованы в журнале Nature Scientific Reports, проверялись функции митохондрий в клеточной линии фибробластов, полученных у молодых (в среднем, от плодного периода до 12 лет) и пожилых людей (в возрасте от 80 до 97 лет). Исследователи сравнили митохондриальное дыхание и количество повреждений ДНК в митохондриях двух групп, ожидая понижение дыхания и увеличение повреждений ДНК в клетках пожилых людей. Несмотря на то, что у последних клеточное дыхание оказалось сниженным, различий в количестве повреждений ДНК в клетках пожилых и молодых людей обнаружено не было. Это привело исследователей к предположению о том, что другая форма генетической регуляции – эпигенетическая – может играть роль в наблюдаемых в митохондриях признаках старения.

К эпигенетической регуляции относят такие изменения, как присоединение к последовательности ДНК химических групп или белков, которые изменяют физическую структуру ДНК, приводя к включению или выключению генов. В отличие от мутаций, такие изменения не затрагивают саму последовательность нуклеотидов ДНК. Если эта теория верна, генетическое репрограммирование клеток в эмбрионально-подобные стволовые клетки удалило бы любые эпигенетические изменения, связанные с мтДНК. Для того чтобы проверить эту теорию, исследователи репрограммировали линии клеток человека, полученных от молодых и пожилых людей, в состояние, подобное эмбриональным стволовым клеткам. Затем эти клетки снова обращались в фибробласты, и их дыхательная функция восстанавливалась. Невероятно, но оказалось, что возрастные нарушения были обратимы – уровень дыхания всех фибробластов был сравним с уровнем дыхания в линии клеток плода независимо от того, были ли получены эти фибробласты от молодых или возрастных пациентов. Это говорит о том, что процесс старения в митохондриях контролируется эпигенетической регуляцией, а не мутациями.

Затем исследователи проверили гены, которые, вероятно, контролируются эпигенетически, что приводит к возрастным митохондриальным дефектам. Так были обнаружены два гена, регулирующие синтез глицина в митохондриях – CGAT and SHMT2. Исследователи показали, что изменяя регуляцию этих генов, они могут индуцировать дефекты или восстанавливать функцию митохондрий в линии клеток фибробластов. Также наглядно было показано, что добавление глицина в течение 10 дней в культуру для культивирования фибробластов, полученных от 97-летнего пациента, приводило к восстановлению дыхательной функции. Это позволяет предположить, что лечение глицином может обращать возрастные нарушения клеточного дыхания в фибробластах пожилых людей.

Полученные результаты показывают, что именно эпигенетическая регуляция контролирует возрастные дефекты в линии фибробластов человека. Может ли эпигенетическая регуляция контролировать старение у людей? Эта теория нуждается в проверке и в случае подтверждения может привести к тому, что глицин подарит пожилым людям новый виток жизни.

Профессор Хаяши (фото: Image courtesy of University of Tsukuba)

По материалам University of Tsukuba

Оригинальная статья:
Osamu Hashizume, Sakiko Ohnishi, Takayuki Mito, Akinori Shimizu, Kaori Iashikawa, Kazuto Nakada, Manabu Soda, Hiroyuki Mano, Sumie Togayachi, Hiroyuki Miyoshi, Keisuke Okita, Jun-Ichi Hayashi. Epigenetic regulation of the nuclear-coded GCAT and SHMT2 genes confers human age-associated mitochondrial respiration defects. Scientific Reports, 2015; 5: 10434 DOI: 10.1038/srep10434


Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей