«Это позволяет нам сохранять возрастные подписи в клетках, чтобы нам было легче изучать влияние старения на мозг», — говорит Расти Гейдж, профессор лаборатории генетики Института Солка и старший автор статьи, опубликованной в октябре 8, 2015 в Cell Stem Cell.«Используя этот мощный подход, мы можем начать отвечать на многие вопросы о физиологии и молекулярном механизме нервных клеток человека — не только о здоровом старении, но и о патологическом старении», — говорит Мартин Хетцер, профессор Солка, также принимавший участие в работе. .Исторически сложилось так, что модели на животных — от дрозофилы до мышей — были основным методом изучения биологических последствий старения, особенно в тканях, из которых нелегко взять образцы у живых людей, таких как мозг.
За последние несколько лет исследователи все чаще обращаются к стволовым клеткам для изучения различных заболеваний человека. Например, ученые могут взять клетки кожи пациентов и превратить их в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые могут стать любой клеткой в организме. Оттуда исследователи могут побудить стволовые клетки превратиться в клетки мозга для дальнейшего изучения.
Но этот процесс — даже при взятии клеток кожи у пожилого человека — не гарантирует стволовых клеток со «старыми» свойствами.«По мере того, как исследователи начали больше использовать эти клетки, стало ясно, что в процессе перепрограммирования для создания стволовых клеток клетка также омолаживалась другими способами», — говорит Джером Мертенс, научный сотрудник, получивший докторскую степень, и первый автор новой статьи.Эпигенетические сигнатуры в старых клетках — образцы химических меток на ДНК, которые определяют, какие гены экспрессируются, когда — были сброшены, чтобы соответствовать более молодым сигнатурам в процессе. Это затрудняло изучение старения человеческого мозга, поскольку исследователи не могли создать «старые» клетки мозга с помощью этого подхода.
Гейдж, Хетцер, Мертенс и его коллеги решили попробовать другой подход, обратившись к еще более новой технике, которая позволяет им напрямую преобразовывать клетки кожи в нейроны, создавая так называемый индуцированный нейрон. «Несколько лет назад исследователи показали, что это можно сделать, полностью минуя состояние предшественника стволовых клеток», — говорит Мертенс.Ученые собрали клетки кожи у 19 человек в возрасте от рождения до 89 лет и побудили их превратиться в клетки мозга, используя как метод индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, так и метод прямого преобразования. Затем они сравнили образцы экспрессии генов в полученных нейронах с клетками, взятыми из вскрытого мозга.
Когда использовался метод индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, как и ожидалось, паттерны в нейронах были неразличимы между молодыми и старыми образцами. Но клетки мозга, созданные с использованием техники прямого преобразования, имели разные паттерны экспрессии генов в зависимости от того, были ли они созданы от молодых доноров или от пожилых людей.«Полученные нами нейроны показали различия в зависимости от возраста донора», — говорит Мертенс. «И они действительно показывают изменения в экспрессии генов, которые ранее были связаны со старением мозга». Например, уровни белка ядерных пор, называемого RanBP17, снижение которого связано с дефектами ядерного транспорта, которые играют роль в нейродегенеративных заболеваниях, были ниже в нейронах, полученных от пожилых пациентов.
Теперь, когда было показано, что прямое преобразование клеток кожи в нейроны сохраняет эти признаки возраста, Гейдж ожидает, что этот метод станет ценным инструментом для изучения старения. И хотя текущая работа только проверяла его эффективность в создании клеток мозга, он подозревает, что аналогичный метод позволит исследователям также создать старые клетки сердца и печени.