Ученые определили ключевые изменения в структуре хромосом и экспрессии генов, которые способствуют истощению стволовых клеток при старении. Они обнаружили, что блокирование гена ced-6 может привести к истощению стволовых клеток даже у молодых организмов.
Используя плодовых мушек, исследователи выяснили, что истощение стволовых клеток не всегда связано с чрезмерной пролиферацией. Это открытие раскрывает ранее неизвестный механизм старения и может стать основой для будущих исследований.
Ученые из Центра исследований динамики биосистем RIKEN (BDR) выявили изменения как в структуре хромосом, так и в экспрессии генов, которые влияют на функцию стволовых клеток во время старения. Они обнаружили, что эти изменения приводят к истощению стволовых клеток, что препятствует их размножению.
Результаты исследования, опубликованные в iScience, улучшают наше понимание того, как хрупкий баланс между истощением и пролиферацией стволовых клеток нарушается при старении.
Стволовые клетки играют важную роль в восстановлении тканей организма. Когда такие органы, как почки или кишечник, повреждаются, стволовые клетки внутри них размножаются и трансформируются в определенные части органа, которые нуждаются в замене. Однако по мере старения животных этот процесс может дать сбой.
Иногда стволовые клетки могут продолжать бесконтрольно делиться, что приводит к их чрезмерному количеству и может привести к раку. В других случаях они могут истощиться и потерять способность делиться, препятствуя восстановлению тканей. Это состояние называется истощением стволовых клеток.
Хотя пролиферация стволовых клеток на молекулярном уровне относительно хорошо изучена, истощение остается во многом загадкой. Ранее Са Кан Ю (Sa Kan Yoo) определил, как кишечные стволовые клетки плодовых мух с возрастом становятся раковыми.
В новом исследовании команда проверила свою теорию о том, что существует также независимый от пролиферации механизм истощения стволовых клеток. Они проанализировали структуру хроматина в стволовых клетках кишечника плодовых мух и обнаружили область, которая часто закрывается во время старения, предотвращая образование регулятора, кодируемого этой областью ДНК.
Понимая, что ced-6 является геном, экспрессия которого обычно контролируется этим регулятором, они оценили его экспрессию с помощью секвенирования РНК. Как и ожидалось, они обнаружили, что экспрессия ced-6 снижается с возрастом.
Чтобы определить, существует ли связь между ced-6 и истощением стволовых клеток, они затем заблокировали его экспрессию. Это вмешательство эффективно остановило связанную с возрастом пролиферацию стволовых клеток, указывая на то, что обычно эти гены предотвращают истощение стволовых клеток.
Они также обнаружили, что блокирование ced-6 может вызвать истощение стволовых клеток в любом возрасте. Когда клетки кишечника повреждаются, стволовые клетки обычно пролиферируют, дифференцируются и восстанавливают поврежденную ткань. Однако когда исследователи намеренно повредили клетки кишечника и заблокировали ced-6, они не увидели никакой пролиферации стволовых клеток.
Это указывает на то, что истощение, вызванное блокировкой ced-6 или других генов, контролируемых тем же регулятором, не ограничивается преклонным возрастом, но, вероятно, представляет собой общий процесс, который может активироваться в любое время, чтобы помочь поддерживать баланс, когда пролиферация слишком высока.
«Наши результаты приведут к новым достижениям в исследованиях старения», — говорит Ю.
«Понимание механизмов истощения стволовых клеток у плодовых мух даёт ценную информацию о процессе старения в более широком смысле и может дать представление о том, как старение влияет на стволовые клетки у людей. Следующий шаг — определить, происходят ли подобные изменения в стволовых клетках человека с возрастом».
Литература
“Insidious chromatin change with a propensity to exhaust intestinal stem cells during aging” by Sa Kan Yoo et al. iScience
