Клетки кожи и причины старения

Группа российских цитологов и геронтологов обнаружила неизвестную ранее закономерность, проливающую свет на клеточные механизмы старения человека и подсказывающую новые направления поиска «лекарства от старости». Учёные установили корреляцию между возрастом доноров клеток и количеством двунитевых разрывов в ДНК фибробластов — клеточных элементов человеческой кожи. Работа опубликована в журнале Aging, кратко о её результатах рассказала пресс-служба МФТИ.

В исследовании принимали участие учёные из Московского физико-технического института, Института стволовых клеток человека, Федерального медицинского биофизического центра им. А. И. Бурназяна, Института биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН, Института химической физики им. Н. Н. Семёнова РАН, Национального медицинского исследовательского центра онкологии им. Н. Н. Блохина, Национального медицинского исследовательского центра реабилитации и бальнеологии Министерства здравоохранения, Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН, Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН и Института биофизики клетки РАН.

Представления о причинах и механизмах биологического старения, к которым склоняется большинство геронтологов мира, так или иначе базируются на гипотезе о накоплении с возрастом в клетках организма различных генетических нарушений, которые снижают способность клеток к репарации (восстановлению) критических повреждений ДНК. Авторы работы изучали эти процессы на примере фибробластов, находящихся в среднем слое кожи. Сравнивая множество показателей биологических образцов, полученных от доноров различного возраста, учёные определяли степень влияния некоторых клеточных процессов на механизмы старения организма.

«Мы искали связь возраста человека и его кожи с накоплением в фибробластах критических повреждений ДНК особого вида, так называемых двунитевых разрывов», — рассказывает один из авторов работы, Андреян Осипов, профессор РАН, старший научный сотрудник лаборатории разработки инновационных лекарственных средств МФТИ.

В качестве маркеров двунитевых разрывов ДНК в клетках человека радиобиологи чаще всего используют фокусы фосфорилированного гистона γH2AX, которые формируются в областях хроматина, прилегающих к двунитевому разрыву. Однако обнаружить корреляцию количества этих фокусов в активно пролиферирующих клетках с возрастом человека до сих пор никому не удавалось. Пролиферацией биологи называют разрастание ткани организма путём размножения клеток делением.

Дело в том, что в популяциях пролиферирующих клеток, с которыми работают большинство учёных, обычно имеются клетки, пребывающие на разных стадиях клеточного цикла. Некоторая часть клеток находится на стадии синтеза ДНК, в так называемой S-фазе, когда хоть и образуется множество двунитевых разрывов, но потом они корректно репарируются. Поэтому если в таких обстоятельствах анализировать маркеры разрывов, то можно обнаружить корреляцию только с клеточной пролиферативной активностью, которая от возраста донора практически не зависит.

Процедура деления клеток в самом общем виде напоминает процесс размножения макроорганизмов. Первым делом клетке нужно подготовиться к размножению: эта стадия называется интерфазой. Она делится на следующие составляющие, традиционно обозначаемые латинскими буквами и цифрами: G0 — фаза «покоя». Клетка просто живёт и пока не собирается делиться. На этой фазе её называют «покоящейся» или «отдыхающей»; G1 — начинается синтез клеточных компонентов; S — самая интересная в контексте данной работы фаза: здесь происходит синтез (репликация) ДНК клеточного ядра; G2 — подготовка к митозу — и, наконец, собственно митоз, деление клетки на две новые. Дизайнер — Елена Хавина, пресс-служба МФТИ

«Наша идея заключалась в том, чтобы отделить покоящиеся клетки от пролиферирующих и посчитать их фокусы раздельно, — объясняет Андреян Осипов. — Сделать это удалось с помощью маркера клеточного деления Ki67».

В результате наши учёные впервые в мире обнаружили совершенно чёткую и однозначную зависимость количества двунитевых разрывов в покоящихся фиброластах кожи от возраста доноров.

Обнаружение этой зависимости позволяет, в частности, предположить возможность создания метода антивозрастной терапии, основанного на повышении эффективности репарации двунитевых разрывов. Добиться последнего в будущем, возможно, удастся с помощью методов генной инженерии или подбора химических соединений, влияющих на соответствующие процессы.

«Полученные нами данные открывают возможности для разработки новых терапевтических процедур и фармакологической коррекции для лиц с нарушенными процессами передачи сигналов в клеточных путях репарации двунитевых разрывов ДНК», — добавил Сергей Леонов, заведующий лабораторией разработки инновационных лекарственных средств МФТИ.