Старіння часто означає уповільнення відновлення після травм м'язів, але вчені, можливо, виявили важливу причину цього явища.
Нове дослідження, проведене в Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі на мишах, показало, що стовбурові клітини м'язів, що старіють, накопичують високий рівень білка, який уповільнює їх здатність до швидкого відновлення пошкоджених тканин. Водночас цей білок, мабуть, допомагає клітинам витримувати складні умови, характерні для м'язів, що старіють.
Дослідження, опубліковане в журналі Science, показує, що деякі біологічні зміни, пов'язані зі старінням, можуть бути не просто ознаками занепаду. Натомість вони можуть служити захисними адаптаціями, що допомагають клітинам виживати.
"Це призвело нас до нового погляду на старіння", - сказав доктор Томас Рандо, старший автор дослідження та директор Центру регенеративної медицини та досліджень стовбурових клітин імені Елі та Едіт Брод у Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі.
"Це здається нелогічним, але стовбурові клітини, які пережили старіння, насправді можуть бути найменш функціональними. Вони виживають не тому, що найкраще справляються зі своєю роботою, а тому, що найкраще вміють виживати. Це дає нам зовсім інший погляд на розуміння того, чому тканини деградують із віком".
Білок, пов'язаний з уповільненням відновлення м'язів
Дослідники під керівництвом постдокторантів Дженгміна Кана та Даніеля Бенджаміна порівняли стовбурові клітини м'язів, взяті у молодих та старих мишей. Вони виявили, що рівень білка, відомого як NDRG1, різко зростав з віком, досягаючи концентрації в 3,5 раза вище у старіших клітинах.
NDRG1 функціонує як гальмо усередині клітини. Він пригнічує сигнальний шлях, званий mTOR, який зазвичай сприяє активації та росту клітин.
Щоб визначити, чи сприяє NDRG1 уповільненню відновлення м'язів, вчені вивчили мишей, які природно зістарилися приблизно до 75 людських років. Коли активність NDRG1 блокували, старі м'язові стовбурові клітини швидко поверталися до молодого стану, стаючи активнішими та покращуючи відновлення м'язів після травм.
Однак це покращення супроводжувалося недоліком. Без захисної дії NDRG1 з часом залишалося менше живих стовбурових клітин. Внаслідок цього тканина ставала менш здатною до регенерації після повторних травм.
Виживання проти ефективності
"Уявіть собі різницю між марафонцем і спринтером", - говорить Рандо, професор неврології в Медичній школі імені Девіда Геффена при Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі. "Стовбурові клітини у молодих тварин мають гіперфункціональні властивості — вони дійсно гарні в тому, що роблять, а саме в спринті, але вони не підходять для довгострокового виживання. Вони можуть пробігти стометрівку, але не можуть подолати навіть половини марафону. На відміну від них, стовбурові клітини, що старіють, схожі на марафонців — вони повільніше реагують, але краще підготовлені до тривалого бігу. Однак те, що робить їх такими ефективними на великих дистанціях, саме те, що робить їх поганими у спринті".
Дослідники підтвердили результати, використовуючи кілька різних методів. Вони вивчили м'язові стволові клітини як молодих, так і старих мишей у лабораторних культурах, а також у живій тканині.
У ході цих експериментів закономірність залишалася незмінною. Підвищений рівень NDRG1 знижував здатність клітин швидко активуватися та відновлювати м'язи, одночасно підвищуючи їх стійкість та довгострокове виживання.
Клітинна упередженість виживання
На думку дослідників, підвищення рівня NDRG1 може бути зумовлене тим, що вони називають «клітинною упередженістю виживання» — стовбурові клітини з недостатнім рівнем NDRG1 поступово зникають з часом, залишаючи після себе популяцію, яка виживає краще, але функціонує повільніше.
"Деякі вікові зміни, які виглядають шкідливими - наприклад, уповільнення відновлення тканин - насправді можуть бути необхідними компромісами, що запобігають дещо гіршому: повному виснаженню пулу стовбурових клітин", - сказав Рандо.
Дослідники порівнюють це з компромісами, які є у природі. У складних умовах, таких як посуха, голод чи сильний холод, тварини часто перенаправляють ресурси на механізми виживання, такі як сплячка, а не на розмноження. М'язові стовбурові клітини можуть робити щось подібне у міру старіння, спрямовуючи ресурси від своєї репродуктивної ролі (виробництво більшої кількості клітин) до виживання.
"Види виживають завдяки розмноженню, але в періоди поневірянь тварини активують свої власні програми стійкості", - сказав Рандо. "У природі існує безліч прикладів розподілу ресурсів на виживання у стресових ситуаціях. Це точно збігається з тим, що ми спостерігаємо на клітинному рівні".
Наслідки для майбутніх методів лікування старіння
Отримані результати можуть допомогти у розробці методів лікування, що покращують відновлення тканин зберігаючи при цьому життєздатність стовбурових клітин. Однак Рандо попереджає, що покращення одного аспекту функції стовбурових клітин може мати непередбачені наслідки.
"Безплатного обіду не буває. Ми можемо покращити функцію клітин, що старіють, на певний період для певних тканин, але кожного разу, коли ми це робимо, це буде мати потенційну ціну та потенційні негативні наслідки".
Команда планує продовжити вивчення молекулярних механізмів, що визначають, як стовбурові клітини балансують між виживанням та функціонуванням у процесі старіння.
"Цей ген - немов двері, які ми відчинили для розуміння того, що контролює ці компроміси, які є настільки важливі не тільки для еволюції видів, але і для старіння тканин всередині окремого організму", - сказав Рандо.
