Ученые из Центра исследований динамики биосистем (BDR) RIKEN выявили ключевые изменения как в структуре хромосом, так и в экспрессии генов, которые влияют на функцию стволовых клеток во время старения. Используя плодовых мушек, они обнаружили, что эти изменения приводят к истощению стволовых клеток, что препятствует их размножению. Результаты, опубликованные в iScience 9 сентября, представляют собой первое доказательство независимого сигнала истощения и расширяют наше понимание того, как нарушается тонкий баланс между истощением стволовых клеток и пролиферацией при нормальном старении.
Когда повреждаются такие органы, как почки или кишечник, стволовые клетки в них размножаются и трансформируются в определенные части органа, которые нуждаются в замене. По мере старения животных, включая людей, этот процесс может давать сбои. Иногда стволовые клетки могут продолжать бесконтрольно делиться, что приводит к их чрезмерному количеству, которое может привести к раку. В других случаях они могут истощиться и потерять способность делиться, что делает невозможным любое восстановление тканей. Это состояние называется истощением стволовых клеток.
У людей, хотя пролиферация стволовых клеток на молекулярном уровне относительно хорошо изучена, истощение остается во многом загадкой. Ранее Са Кан Ю из RIKEN BDR определил, как кишечные стволовые клетки плодовых мушек становятся раковыми по мере старения. Используя ту же экспериментальную систему, в новом исследовании команда проверила свою теорию о том, что также существует независимый от пролиферации механизм истощения стволовых клеток.
Они проанализировали структуру хроматина в кишечных стволовых клетках плодовой мушки и обнаружили область хроматина, которая часто закрывалась во время старения, предотвращая выработку регулятора, кодируемого этой областью ДНК. Поскольку ced-6 — это ген, экспрессия которого обычно контролируется этим регулятором, они затем оценили экспрессию ced-6 с помощью секвенирования РНК. Как и ожидалось, они обнаружили, что экспрессия ced-6 снижалась с возрастом.
Чтобы определить, есть ли связь между этим геном и истощением стволовых клеток, они затем заблокировали его экспрессию. Это вмешательство эффективно остановило связанную со старением пролиферацию стволовых клеток, указывая на то, что обычно эти гены работают для предотвращения истощения стволовых клеток.
Они также обнаружили, что блокировка ced-6 может вызвать истощение стволовых клеток в любом возрасте. Когда клетки кишечника повреждены, стволовые клетки обычно размножаются, дифференцируются и заменяют 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 временем преклонного возраста, а, вероятно, является общим процессом, который может быть активным в любое время, чтобы помочь поддерживать баланс, когда пролиферация слишком высока.
«Наши результаты приведут к новым достижениям в исследовании старения», — говорит Ю. «Понимание механизмов истощения стволовых клеток у плодовых мушек дает ценную информацию о процессе старения в более широком смысле и может дать подсказки о том, как старение влияет на стволовые клетки у людей. Следующий шаг — определить, происходят ли подобные изменения в стволовых клетках человека по мере их старения».
