Стволовые клетки — «чистые листы» нашего организма. Они обладают двумя важнейшими свойствами: способностью бесконечно самообновляться и возможностью превращаться в любые специализированные клетки (например, в клетки кожи, крови или нервов). Именно благодаря им ткани нашего тела восстанавливаются после повреждений. Однако с возрастом этот регенеративный потенциал неумолимо снижается. Раньше ученые могли изучать этот процесс лишь по косвенным признакам или на изолированных клетках вне их естественного окружения. Теперь группа исследователей из Института регенеративной медицины в Цюрихе в Швейцарии разработала новую технику, позволяющую наблюдать за старением стволовых клеток прямо внутри живой ткани.
Секрет метода — в расширенной версии одноячейкового рибосомного профилирования. Рибосомы — это внутриклеточные «станки», которые собирают белки из аминокислот по инструкциям, доставляемым матричными РНК (мРНК). Новый метод позволяет ученым в реальном времени видеть, какие именно мРНК активно переводятся в белки внутри каждой отдельной клетки, и как этот процесс меняется с возрастом.
Исследование проводилось на модели животных (мыши). Ученые сосредоточились на стволовых клетках эпидермиса — верхнего слоя кожи. Результаты, опубликованные в научном журнале Molecular Cell, оказались одновременно ожидаемыми и парадоксальными.
Выяснилось, что в молодом возрасте стволовые клетки кожи — отнюдь не «шумные фабрики». Вопреки интуитивному ожиданию, они вовсе не производят белки в больших количествах. Напротив, их рибосомы находятся в состоянии относительного покоя, а общая скорость синтеза белка остается очень низкой.
Соматические стволовые клетки характеризуются именно низкой общей скоростью синтеза белка. Этот признак напрямую связан с поддержанием их «стволовости» (stemness) — то есть способности к самообновлению и сохранению неспециализированного состояния.
Парадокс разрешается так: если бы клетка активно производила «специализированные» белки, она бы преждевременно «взрослела» и теряла свой потенциал. Тишина на «белковом фронте» — это стратегическая пауза, сохраняющая молодость и пластичность.
Однако с возрастом эта хрупкая система перестраивается. Используя рибосомное профилирование на разных этапах старения, ученые увидели, как меняется «трансляционный ландшафт» клеток. Картина синтеза белка искажается: одни белки начинают производиться в избытке, другие — в дефиците. Ритмичный «танец» молекулярных процессов замедляется и сбивается. Это и есть старение на самом глубинном уровне — потеря точности в производстве белка.
Именно эта потеря точности, по мнению исследователей, объясняет, почему старые стволовые клетки хуже делятся и восстанавливают ткани. Они уже не могут оставаться «чистыми листами» — их внутренняя программа сбоит.
Важно отметить, что эпидермис — это гетерогенная ткань. Помимо стволовых клеток, в ней содержатся дифференцированные кератиноциты, клетки волосяных фолликулов и иммунные клетки (макрофаги, дендритные клетки, Т-клетки). Метод одноячейкового профилирования позволяет различать эти типы клеток и видеть, как стареет каждый из них.
Доктор Дюре отмечает, что распространение этого протокола на другие ткани (нервную, мышечную, костную) потребует дальнейшей оптимизации. Тем не менее, уже сейчас ясно: ученые получили в свои руки мощнейший инструмент для изучения регенеративной медицины. Возможно, в будущем, научившись корректировать «трансляционный ландшафт» стареющих стволовых клеток и возвращая им ту самую низкую скорость синтеза белка, характерную для молодости, мы сможем продлить жизнь тканям и органам.
Ранее Наука Mail рассказывала о наблюдении за имунными клетками, уничтожающими меланому.
