По мере старения тела функции органов постепенно снижаются, а риск широкого спектра заболеваний, включая сердечно-сосудистые заболевания, рак и нейродегенеративные заболевания, увеличивается. Понимание того, как тело стареет, является интенсивной областью исследований, поскольку оно потенциально может выявить способы содействия здоровому старению.
Исследователи из Медицинского колледжа Бэйлора, Chan Zuckerberg Biohub в Сан-Франциско, Genentech, Inc. и сотрудничающих учреждений прокладывают путь в этом направлении. Они сообщают в журнале Science , первом Атласе клеток старения мух (AFCA), подробной характеристике процесса старения в 163 различных типах клеток у лабораторной плодовой мухи.
Их углубленный анализ показал, что разные типы клеток в организме стареют по-разному, каждый тип клеток следует процессу, включающему специфические для типа клеток паттерны. AFCA предоставляет ценный ресурс для исследователей, занимающихся плодовыми мушками и стареющими сообществами, в качестве справочного материала для изучения старения и связанных с возрастом заболеваний, а также для оценки успеха стратегий борьбы со старением.
«Исследования показали, что, например, некоторые клетки, такие как нейроны в мозге, живут дольше, чем клетки в оболочке кишечника, которые часто заменяются новыми», — сказал соавтор, доктор Хунцзе Ли, доцент кафедры молекулярной и человеческой генетики и Хаффингтонского центра старения в Бэйлоре. Он также является членом Комплексного онкологического центра Дэна Л. Дункана Бейлора. «Наша команда заинтересована в лучшем понимании того, как разные типы клеток стареют по-разному, и с этой целью мы подробно проанализировали несколько биологических характеристик отдельных типов клеток, поскольку плодовые мушки естественным образом стареют в лаборатории. изучают состояния человека. Около 75% генов, связанных с болезнями человека, имеют функционально схожие аналоги у мух».
Доктор Стивен Квейк, профессор биоинженерии и прикладной физики Стэнфордского университета Ли Оттерсон и соавтор научной статьи , сказал, что новый атлас представляет собой мощный ресурс с открытым доступом для ученых, позволяющий лучше понять биологию старения. «Благодаря очень продуктивному сотрудничеству наша команда создала исключительно подробную карту того, как экспрессия генов меняется с возрастом в широком диапазоне типов клеток у летучей мыши», — сказал Квейк, также руководитель научного отдела Chan Zuckerberg Initiative (CZI). «Поскольку большинство этих генов играют сходную роль у людей, этот набор данных предлагает уникальную точку зрения, чтобы начать расшифровку того, почему многие серьезные заболевания человека возникают в более позднем возрасте».
По мере взросления мух исследователи брали образцы, когда животным было 30, 50 и 70 дней (последний эквивалентен 80-летнему человеку). В каждый момент времени команда проводила секвенирование одноядерной РНК для анализа изменений экспрессии генов в отдельных клетках в разных органах и сравнивала результаты с результатами молодых мух (возраст 5 дней). Команда изучила четыре различных признака старения: изменения состава клеток, количество дифференциально экспрессируемых генов, изменение количества экспрессируемых генов и снижение клеточной идентичности. Они обнаружили, что по мере старения мух эти особенности меняются как группа в соответствии с паттернами, специфичными для типа клеток.
«Мы обнаружили, что старение влияет на клеточный состав всей мухи», — сказал Ли. Клетки жирового тела были среди типов клеток, число которых увеличилось больше всего, в то время как мышечные клетки уменьшились больше всего. Нейроны, однако, не показали серьезных изменений в количестве клеток в течение жизни плодовой мушки. «Кроме того, анализ генов, экспрессируемых различными типами клеток во времени, показал, что жировые клетки демонстрируют наибольшую разницу между количеством генов, экспрессируемых у молодых и старых плодовых мушек», — сказал Ли.
Исследователи также обнаружили, что около 80% всех проанализированных типов клеток уменьшили количество экспрессируемых генов, а 20% увеличили это число. «Мы планируем изучить механизм этого наблюдения в будущем», — сказал соавтор доктор Цзы-Чиао Лу, научный сотрудник Хаффингтонского центра изучения старения.
Команда также исследовала, изменяются ли программы экспрессии клеточных генов, которые определяют клеточную идентичность, по мере старения животных. «Например, по сравнению с маркером идентификации летательных мышц Nig1 у молодых мух, маркер у старых мух резко снижается, в то время как другие маркеры начинают появляться по мере взросления мух», — сказал Ли.
«Мы узнали, что каждая из четырех изученных нами характеристик старения измеряет разные аспекты клетки и что ни одна из них не применима ко всем типам клеток», — сказал Ли. «Объединение всех признаков старения привело нас к открытию уникальных паттернов старения, специфичных для определенного типа клеток, и их сравнение позволило выявить полезные и интересные результаты. Например, нейроны в головном мозге стареют медленно, в то время как клетки мышц, жира и печени стареют гораздо быстрее. Типовые модели старения могут различаться в зависимости от пола».
«Важным наблюдением этого исследования является то, что специфические для типа клеток модели старения в клетках могут использоваться для измерения биологического возраста, то есть относительного статуса старения организма, независимого от его хронологического возраста», — сказал соавтор доктор Хайнрих. Джаспер, главный научный сотрудник Genentech Inc. «Это позволит лучше понять факторы, такие как диеты, лекарства и болезни, которые могут изменить траекторию старения и, следовательно, сделать организм «моложе» или «старее», чем его хронологический возраст».
Теги: старение
