Вы стары настолько, насколько стары ваши стволовые клетки

4 июня в специальном выпуске журнала Cell Stem Cell опубликована серия обзоров и перспективных статей о биологии старения.

Основные темы:

Секрет долгой жизни? Быть женщиной

Люди-долгожители (суперцентенарии) имеют как минимум одну общую черту — более 95% из них женщины. Ученые давно наблюдают различия между полами в контексте старения, но четкого объяснения, почему женщины живут дольше, нет. В обсуждении известных данных о поведении стволовых клеток и половой принадлежности исследователи из Стэнфордского университета Бен Далкен и Анн Брюне утверждают, что пора изучить различия в возрастном снижении регенеративного потенциала у мужчин и женщин. Это направление исследований может открыть новые объяснения того, как половые гормоны эстроген и тестостерон или другие факторы влияют на продолжительность жизни.

Известно, что эстроген оказывает прямое влияние на популяции стволовых клеток у самок мышей — от увеличения количества кроветворных стволовых клеток (что очень полезно во время беременности) до усиления регенеративной способности стволовых клеток мозга в пик эструса. Остается выяснить, оказывают ли эти изменения прямое влияние на продолжительность жизни. Недавние исследования уже показали, что добавки эстрогена увеличивают продолжительность жизни самцов мышей, а человеческие евнухи живут примерно на 14 лет дольше, чем некастрированные мужчины.

Также необходима дальнейшая работа, чтобы понять, как генетика влияет на старение стволовых клеток у разных полов. Ученые наблюдали, что «выключение» разных генов у мышей может увеличить продолжительность жизни одного пола, но не другого, и что у мужчин в исследованиях близнецов теломеры короче — признак более короткой клеточной жизни — по сравнению с женщинами.

«Вероятно, пол играет роль в определении как продолжительности жизни, так и периода здоровья, и влияние пола на эти два параметра может быть неодинаковым», — пишут авторы. — «Поскольку поиск способов замедлить процесс старения и сохранить регенеративную способность стволовых клеток продолжается, давайте не забудем об одном из самых эффективных модификаторов старения: поле».

Cell Stem Cell, Далкен и Брюне: «Старение стволовых клеток и пол: мы что-то упускаем?» http://dx.doi.org/10.1016/j.stem.2015.05.006

Моделирование старения в чашке Петри

Одна из проблем моделирования генетических заболеваний в чашке Петри с использованием стволовых клеток заключается в том, что эти клетки не того же возраста, что и пациенты, страдающие изучаемыми болезнями. Можно взять клетки кожи у 65-летнего пациента с БАС, перепрограммировать их в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC), а затем дифференцировать iPSC в нейроны, но этим нейронам будет всего несколько недель. Было показано, что такие перепрограммированные стволовые клетки имеют омоложенный метаболизм, снижение повреждений ДНК и более длинные теломеры, чем зрелые клетки, из которых они произошли. Если это так, то модель в чашке может неточно отражать то, что происходит в организме пациента.

Ученые из Онкологического центра им. Слоуна-Кеттеринга Лоренц Штудер, Эльза Вера и Даниэла Корнаккья рассматривают стратегии, которые «переводят стрелки часов» у стволовых клеток для моделирования поздних заболеваний. Например, исследовательские группы использовали скрининги малых молекул, ускоряющие дифференцировку эмбриональных стволовых клеток человека; однако эти методы не ускоряют клеточное созревание. Для iPSC один из методов, используемых лабораториями, — подвергнуть клетки стрессу, воздействуя на них токсинами. Другая стратегия — экспрессия генов, известных как причина заболеваний преждевременного старения.

«Возможность направлять как клеточную судьбу, так и возраст в линиях, полученных из iPSC, позволит моделировать заболевания человека с беспрецедентной точностью», — пишут авторы. — «Такие исследования могут дать более релевантные фенотипы заболеваний и определить новые классы терапевтических соединений, нацеленных на возрастное поведение клеток. Возможность программировать и перепрограммировать клеточный возраст по требованию станет важным шагом вперед на пути к разгадке тайны старения».

Cell Stem Cell, Штудер и др.: «Программирование и перепрограммирование клеточного возраста в эпоху индуцированной плюрипотентности» http://dx.doi.org/10.1016/j.stem.2015.05.004

Отбор на бессмертие: теория о том, почему половые клетки не стареют

Разница в метаболизме между клетками, из которых состоит наше тело, и клетками, которые мы используем для размножения (половые клетки; т.е. те, что становятся сперматозоидами и яйцеклетками), может помочь объяснить, почему первые подвержены старению, а вторые кажутся «бессмертными». Стволовые клетки производят энергию, расщепляя сахар, что менее эффективно и приводит к большему количеству мутаций, чем получение энергии за счет митохондриального дыхания, которым занимаются половые клетки.

В своей статье о поддержании стволовых клеток и старении Ханс-Виллем Снук из Колумбийского университета утверждает, что с эволюционной точки зрения стволовым клеткам не нужно существовать вечно; им нужно лишь довести организм до репродуктивного возраста. Со временем в них накапливаются повреждения ДНК, они восстанавливаются, но продолжают функционировать со все более низкой эффективностью. Половые клетки, напротив, подвергаются жесткому отбору, так что для размножения используются только самые приспособленные. Снук утверждает, что совершенно разные способы производства энергии могут лежать в основе различия между поддержанием в стволовых клетках и отбором в половых клетках. То, как клетки используют питательные вещества, уже связывали с долголетием; широко известно, что ограничение калорий у млекопитающих, червей и других животных может увеличить продолжительность жизни.

Cell Stem Cell, Снук: «Могут ли метаболические механизмы поддержания стволовых клеток объяснить старение и бессмертную зародышевую линию?» http://dx.doi.org/10.1016/j.stem.2015.04.021