Ученые когда-то думали, что нейроны, или, возможно, клетки сердца, являются самыми старыми клетками в организме. Исследователи из Института Солка обнаружили, что мозг, печень и поджелудочная железа мыши содержат популяции клеток и белков с очень большой продолжительностью жизни, некоторые из них такие же старые, как нейроны. Результаты, демонстрирующие «возрастной мозаицизм», были опубликованы в Cell Metabolism. Методы команды исследователей смогли быть приложены к почти любой ткани в теле для того, чтобы получить ценную информацию о пожизненной функции не разделяя клеток и о том как клетки теряют контроль над качеством и целостностью протеинов и важных структур клетки во время вызревания.
«Мы были очень удивлены, обнаружив клеточные структуры, которые по существу такие же старые, как и организм, в котором они находятся», — говорит вице-президент Института Солка, главный научный сотрудник Мартин Хетцер, профессор, старший автор исследования. «Это предполагает еще большую клеточную сложность, чем мы думали ранее, и имеет интригующие последствия для того, что мы знаем о старении органов, таких как мозг, сердце и поджелудочная железа.»
Большинство нейронов в мозге не делятся во взрослом возрасте и, таким образом, имеют длительный срок службы и возрастное снижение. Тем не менее, в основном из-за технических ограничений, продолжительность жизни клеток вне мозга было трудно определить.
«Биологи спрашивали: сколько лет клеткам в организме? Существует общая идея о том, что нейроны старые, в то время как другие клетки в организме относительно молоды и регенерируются на протяжении всей жизни организма», — говорит Рафаэль Арроджо э Дриго, первый автор и научный сотрудник Солка. — Мы решили выяснить, возможно ли, что некоторые органы тоже имеют клетки, которые живут так же долго, как и нейроны в мозге.»
Поскольку исследователи знали, что большинство нейронов не заменяются в течение жизни, они использовали их в качестве «возрастной базы» для сравнения других не делящихся клеток. Команда объединила маркировку изотопов электронов с гибридным методом визуализации (MIMS-EM) для визуализации и количественной оценки возраста клеток и белков, и их оборота в головном мозге, поджелудочной железе и печени, в молодых и старых моделях грызунов.
Чтобы подтвердить свой метод, ученые сначала определили возраст нейронов и обнаружили, что, как и предполагалось, они были такими же старыми, как и организм. Тем не менее, удивительно, что клетки, которые строят кровеносные сосуды, называемые эндотелиальными клетками, также стары, как нейроны. Это означает, что некоторые не-нейрональные клетки не реплицируют или не заменяют себя на протяжении всей жизни.
Поджелудочная железа, орган, ответственный за поддержание уровня сахара в крови и секретирование пищеварительных ферментов, также показывала наличие клеток разного возраста. Небольшая часть поджелудочной железы, известная как островки Лангерганса, представлялась исследователям загадкой, состоящей из молодых и старых клеток. Некоторые бета-клетки, выделяющие инсулин, реплицировались на протяжении всей жизни и были относительно молодыми, в то время как некоторые не делились и были долгоживущими, подобно нейронам. Еще один тип клеток, называемый дельта-клетками, вообще не делился. Поджелудочная железа была ярким примером возрастного мозаицизма, то есть популяцией идентичных клеток, отличающихся продолжительностью жизни.
Предыдущие исследования показали, что печень имеет способность к регенерации во взрослом возрасте, поэтому исследователи выбрали этот орган, ожидая увидеть относительно молодые клетки печени. К их удивлению, подавляющее большинство клеток печени у здоровых взрослых мышей оказались такими же старыми, как животное, в то время как клетки, которые выравнивают кровеносные сосуды, и звездообразные клетки, другой тип клеток печени, были намного моложе. Таким образом, неожиданно, печень также продемонстрировала возрастной мозаицизм, что указывает на потенциальные новые пути регенеративных исследований для этого органа.
В молекулярном масштабе в выборке наблюдаемых долгоживущих клеток содержались белковые комплексы, проявляющие возрастной мозаицизм. Например, первичные реснички (волосоподобные придатки за пределами клетки) бета-клеток поджелудочной железы и нейронов, содержащих регионы белков, значительно отличаются продолжительностью жизни. Клетки печени, напротив, не содержали долгоживущих белков.
«Благодаря новым технологиям визуализации мы можем более точно, чем когда-либо, определить возраст клеток и их супрамолекулярных комплексов. Это открывает новые двери для изучения всех клеток, тканей и органов в нормальном и болезненном состоянии», — говорит Марк Эллисман, профессор нейробиологии в Медицинской Школе Сан-Диего и соруководитель исследования с Хетцером. Его лаборатория, Национальный Центр Микроскопии и Исследований Изображений, разработала и предоставила новые методы визуализации тканей для коррелированной многомасштабной и мультимодальной микроскопии. Эти методы обеспечили новые ключевые технологии, которые позволили провести это исследование.
«Определение возраста клеток и субклеточных структур во взрослых организмах даст нам новое представление о механизмах поддержания и восстановления клеток и влиянии кумулятивных изменений во взрослом возрасте на здоровье и развитие болезни», — добавляет Хетцер. «Конечная цель — использовать эти механизмы для предотвращения или задержки возрастного старения органов с ограниченным обновлением клеток.»
Далее авторы планируют расшифровать разницу в продолжительности жизни нуклеиновых кислот и липидов. Они также хотят понять, как возрастной мозаицизм связан со здоровьем и такими заболеваниями, как диабет 2 типа.
Среди других авторов были Свати Тяги из Солка, Варда Лев-Рам, Раньян Рамачандра, Томас Диринк, Эрик Бушонг и Себастьян Фан из Калифорнийского Технологического Института, Виктория Сирота из Калифорнийского Технологического Института и Клод Лечен из Бригамской Женской Больницы.
Источник: Salk Institute