Поки ви сидите тут і читаєте цю статтю, ваші клітини працюють у вашому тілі, виконуючи всі різноманітні біохімічні реакції, необхідні для вашої життєдіяльності. Поки вони пихають, вони накопичують мутації, вивітрюють токсини навколишнього середовища та намагаються зробити все можливе, щоб поглинути поживні речовини з недосконалої дієти.
З плином часу наші клітини починають слабшати. Наші колись готові біологічні солдати, працівники та захисники вже не ті, що були раніше. Ми старіємо... постійно. Деякі оптимістичні дослідники вважають цей загальновизнаний факт скоріше тимчасовою перешкодою через нещодавні відкриття, які призвели до того, що сфера довголіття гуде від розмов про безсмертя.
Ви можете запитати, чому така раптова зміна? Що ж, по правді кажучи, пошуки безсмертя — не нова мода. Пошуки джерела молодості та еліксирів для вічного життя існували з самого початку людства. Проте нещодавні експерименти в галузі довголіття привели до нових цікавих спостережень, які змушують нас задуматися, чи справді старіння неминуче, чи це просто ще одна хвороба, ліки від якої чекають на наше відкриття.
У наступних розділах я обговорю три ключові експерименти за останні два десятиліття, які значно просунулися в галузі довголіття та здоров'я дослідження. Ці дослідження чітко показують, що якщо такий шлях до безсмертя і існує, він лежить не через якийсь прихований фонтан чи магічне зілля, а скоріше через розуміння прихованого світу всередині наших власних клітин і тканин.
Дослідження парабіозу
Ознакою молодості є працездатність організму клітини-попередники для заміни старих або пошкоджених клітин новими. З віком ця здатність зникає, і ми більше не можемо поповнювати наші тканини новими клітинами з такою ж ефективністю. Це призводить до таких проблем, як атрофія м’язів і зниження функції органів. У 2005 році Стенфордський дослідник доктор Томас Рендо та його колеги опублікували статтю, в якій досліджували вплив віку на здатність клітин-супутників, типу м’язів. клітина-попередник, розмножуватися і регенерувати. (Конбой та ін., 2005). Попередні дослідження, проведені цією лабораторією, показали, що зниження здатності старих клітин-супутників створювати нові клітини (так званий «регенеративний потенціал») було спричинене не внутрішніми змінами всередині клітини, а скоріше відсутністю зовнішніх сигналів, що активують регенерацію, з навколишнього середовища. (Конбой та ін., 2003). Іншими словами, не було нічого не так із самою клітиною, а скоріше її середовище, яке призвело до того, що вона припинила регенерацію.
Кровоносна система – це система доставки поживних речовин, яка допомагає формувати середовище клітини. Це робиться шляхом постачання клітини матеріалами, необхідними для функціонування. У 2005 році лабораторія Rando запитала, чи може заміна системи кровообігу старого організму системою кровообігу молодшої тварини відновити активацію та поширення старих супутникових клітин. Щоб дослідити це питання, дослідники лабораторії Rando хірургічно з’єднали системи кровообігу молодої та старої миші за допомогою процедури під назвою парабіоз. Після синхронізації систем кровообігу мишей клітини-супутники старих мишей змогли краще генерувати нові клітини, демонструючи регенеративний потенціал, подібний до клітин-супутників у молодих мишей. Додаткове дослідження також задокументувало вплив парабіозу на подовження тривалості життя. У цьому дослідженні миші були пов'язані парабіозом лише протягом трьох місяців, перш ніж їх розлучили. Вплив більш молодої системи кровообігу збільшив тривалість життя мишей із 125 до 130 тижнів, загалом збільшивши тривалість життя на 5% (Zhang et al., 2021).
Омолоджуюча церебральна спинномозкова рідина
Хоча дослідження парабіозу були захоплюючим кроком вперед, їхні наслідки були обмежені тканинами, більш доступними для кровоносної системи. The центральна нервова система (ЦНС), з іншого боку, не так легко доступний. ЦНС захищена гематоенцефалічний бар'єр, система щільно з’єднаних епітеліальних клітин, яка захищає нашу нервову систему від потенційно шкідливих бактерій і вірусів, що циркулюють у нашій крові. Оскільки клітини нашої ЦНС старіють, ми стаємо більш схильні до ризику розвитку нейродегенеративних захворювань, таких як хвороба Альцгеймера та Хвороба Паркінсона. Тому пошук способу омолодження клітин ЦНС також надзвичайно важливий для здоров’я та довголіття.
Щоб вирішити це занепокоєння, дослідники Стенфордського університету д-р Тал Ірам і д-р Тоні Вісс-Корей досліджували, чи може поповнення клітинного середовища мати такий же ефект проти старіння в ЦНС, як це спостерігається в інших тканинах. Замість того, щоб з’єднати системи кровообігу старих і молодих мишей (забезпечуючи обмін кров’ю та плазмою), вони провели переливання спинномозкової рідини — процедуру, яка обмінювала церебральна спинномозкова рідина (СМР) старих мишей з такою молодих мишей.
У своєму дослідженні д-р Wyss-Coray і д-р Iram показали, що вливання молодого CSF (від мишей і людей) у шлуночкову систему старих мишей покращує ключові функції клітин ЦНС літніх тварин. Зокрема, переливання ліквору посилило проліферацію та диференціювання популяцій клітин-попередників олігодендроцитів (OPC). OPCs — це клітини, які утворюють зрілі олігодендроцити, тип гліальних клітин у мозку, відповідальних за обгортання наших нейронів жировою провідною речовиною, яка називається мієліном, яка допомагає нейронному зв’язку.
З віком обсяг біла речовина (тканина в нашому мозку, що складається з мієлінізованих нейронів) зменшується, що негативно впливає на когнітивні функції. Таким чином, одним із наслідків результатів доктора Вісса-Корея та доктора Ірама є те, що відновлення OPCs може протидіяти втраті білої речовини та гальмувати зниження когнітивних функцій у міру старіння. Цікаво, що інше дослідження лабораторії Wyss-Coray у 2014 році показало позитивний вплив на когнітивні функції та синаптична пластичність у старших мишей після операції на парабіоз (Villeda et al., 2014).
Ці дослідження парабіозу та переливання ліквору були основоположними у встановленні важливості середовища клітини для її функціонування та біологічного старіння, але вони не дали відповіді на наступне важливе запитання: якщо ми знаємо, що з навколишнім середовищем щось не так, що саме з ним не так? Відповідь на це запитання дасть нам змогу розробити методи лікування для зміни середовища наших клітин, що дозволить їм повернутися до більш молодого стану.
Годинник Горвата
Дослідження Wyss-Coray і Rando показали, що те, що відбувається поза нашими клітинами, має значення, а як щодо того, що відбувається всередині? Якби ми занурилися в наші клітини за плазматичну мембрану, за цитозоль і в ядро — командний центр клітини — ми б знайшли нашу ДНК. ДНК можна розглядати як набір інструкцій, які наші клітини використовують для функціонування. Крім того, наша ДНК має те, що називається епігеномом, шаблоном позначень, який знаходиться поверх наших генів і регулює, де і коли вони будуть експресуватися в клітині. З віком епігенетичні закономірності, такі як метилювання ДНК впливати ген вираз. У деяких випадках накопичення або втрата певних моделей метилювання ДНК може призвести до придушення генів, пов’язаних з довголіттям (Salas-Pérez et al., 2019). Це порушує функцію клітин і, зрештою, змушує нас виглядати, почуватися та поводитися старшими. У 2011 році доктор Стів Хорват, дослідник генетики людини та біостатистики з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, охарактеризував Співвідношення між моделями метилювання ДНК і старінням, створюючи новий біохімічний орієнтир для клітинного здоров’я, який дослідники тепер називають епігенетичним годинником (Blocklandt et al., 2011; Horvath, 2013).
Як тільки стало відомо про епігенетичний годинник Горвата, вчені почали активно досліджувати можливість звернення епігенетичних моделей, щоб повернути годинник назад (Rando & Chang, 2012). Дослідження показали, що дотримання здорового особистого способу життя, наприклад фізичні вправи та правильне харчування, може допомогти клітинам підтримувати епігенетичні моделі, які більше нагадують ті, які є в молодих клітинах, але ці зміни можуть лише повернути час назад (Quach та ін., 2017). ). Зараз дослідники шукають інші способи редагування епігенома. З новими інструментами в нашому розпорядженні, такими як CRISPR, ми можемо зайти і вручну змінити епігенетичні шаблони нашої ДНК. Зараз на цьому фронті проводиться багато роботи (наприклад, Lau and Suh et al., 2017), але важливо зазначити, що ми все ще не знаємо, якою мірою епігеном безпосередньо впливає на процес старіння та чи його редагування матиме очікуваний ефект проти старіння.
У висновку…
Ці дослідження показують, що ми на шляху до розкриття наукових секретів тривалого життя. Кажуть, що перша людина, яка дожила до 150 років, вже народилася!
Враховуючи останні досягнення, важко уявити, що ми не зможемо продовжити людське життя за нинішню межу. Але питання про те, чи є старіння ще однією хворобою, яка чекає на лікування, є предметом дискусії. Тільки час покаже, чи зможе наука перехитрити смертність.
Хоча деякі вважають, що нам взагалі не варто втручатися в цю гру розуму, одне можна сказати напевно: цікавість є невід’ємною частиною нашої людяності, і доки ми живі, наша цікавість завжди спонукатиме нас шукати відповіді на це постійне питання .
Тільки час покаже, чи зможе наука перехитрити смертність
про автора
Аріель Хоган отримала ступінь бакалавра біології та ступінь бакалавра французької мови в Університеті Вірджинії. Зараз вона здобуває ступінь доктора філософії. в галузі неврології в програмі NSIDP в UCLA. Її дослідження зосереджені на пошкодженнях ЦНС і відновлення нервової системи. Зокрема, вона досліджує диференціальні внутрішні транскрипційні програми, які дозволяють регенерувати ПНС, і досліджує, як ці транскрипційні програми можуть бути індуковані в моделях пошкодження ЦНС для сприяння регенерації. Їй також подобається вивчати біомехатроніку та інтерфейс мозок-машина (ІМТ), а також брати участь у науковому охопленні та навчанні. Поза лабораторією вона проводить час, вправляючись у французькій мові, граючи в баскетбол, дивлячись фільми (навіть погані) і подорожуючи. Щоб дізнатися більше про Аріель Хоган, відвідайте її повний профіль.
посилання
Бокландт С., Лін В., Зель М.Е., Санчес Ф.Дж., Сінсхаймер Дж.С., Горват С. та Вілен Е. (2011). Епігенетичний предиктор віку. PLoS One, 6(6), e14821. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0014821
Конбой, І.М., Конбой, М.Дж., Вейджерс, А.Дж., Гірма, ER, Вайсман, І.Л., і Рендо, ТА (2005). Омолодження старих клітин-попередників шляхом впливу молодого системного середовища. природа, 433(7027), 760-764. https://doi.org/10.1038/nature03260
Конбой І.М., Конбой М.Дж., Смайт Г.М. та Рендо Т.А. (2003). Notch-опосередковане відновлення регенеративного потенціалу старих м'язів. Science (Нью-Йорк, Нью-Йорк), 302(5650), 1575-1577. https://doi.org/10.1126/science.1087573
Хорват С. (2013). Вік метилювання ДНК тканин і типів клітин людини. Геном біологія, 14(10), R115. https://doi.org/10.1186/gb-2013-14-10-r115
Ірам, Т., Керн, Ф., Каур, А., Мінені, С., Морнінгстар, А.Р., Шин, Х., Гарсія, М.А., Єрра, Л., Паловічс, Р., Янг, А.С., Хан, О. ., Лу, Н., Шукен, С. Р., Хейні, М. С., Легаллієр, Б., Айєр, М., Луо, Дж., Зеттерберг, Х., Келлер, А., Зучеро, Дж. Б., Вісс-Корей, Т. (2022). Молодий CSF відновлює олігодендрогенез і пам'ять у літніх мишей через Fgf17. природа, 605(7910), 509-515. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04722-0
Lau, CH, & Suh, Y. (2017). Редагування геному та епігенома в механічних дослідженнях старіння людини та захворювань, пов’язаних зі старінням. Геронтологія, 63(2), 103-117. https://doi.org/10.1159/000452972
Куач А., Левін М.Е., Танака Т., Лу А.Т., Чен Б.Х., Ферруччі Л., Рітц Б., Бандінеллі С., Нойхаузер М.Л., Бізлі Дж.М., Снецелаар Л., Воллес, Р.Б., Цао, П.С., Абшер, Д., Ассімес, Т.Л., Стюарт, Дж.Д., Лі, Ю., Хоу, Л., Баккареллі, А.А., Вітсел, Е.А., Горват, С. (2017). Аналіз епігенетичного годинника дієти, фізичних вправ, освіти та факторів способу життя. Старіння, 9(2), 419-446. https://doi.org/10.18632/aging.101168
Рандо, TA, і Чанг, HY (2012). Старіння, омолодження та епігенетичне перепрограмування: скидання годинника старіння. Осередок, 148(1-2), 46 – 57. https://doi.org/10.1016/j.cell.2012.01.003
Салас-Перес, Ф., Рамос-Лопес, О., Мансего, М. Л., Мілагро, Фінляндія, Сантос, Дж. Л., Рієзу-Бой, Дж. І., і Мартінес, Дж. А. (2019). Метилювання ДНК у генах шляхів, що регулюють довголіття: асоціація з ожирінням та метаболічними ускладненнями. Старіння, 11(6), 1874-1899. https://doi.org/10.18632/aging.101882
Телано Л.Н., Бейкер С. Фізіологія, церебральна спинномозкова рідина. [Оновлено 2022 липня 4]. В: StatPearls [Інтернет]. Острів скарбів (Флоріда): StatPearls Publishing; Січень 2022 р. Доступний з: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK519007/
Вілледа, С.А., Пламбек, К.Е., Мідделдорп, Дж., Кастеллано, Дж.М., Мошер, К.І., Луо, Дж., Сміт, Л.К., Бієрі, Г., Лін, К., Берднік, Д., Вабл, Р., Удеочу, Дж., Вітлі, Е. Г., Зоу, Б., Сіммонс, Д. А., Се, XS, Лонго, Ф. М., і Вісс-Корей, Т. (2014). Молода кров усуває вікові порушення когнітивних функцій і синаптичної пластичності у мишей. Природна медицина, 20(6), 659-663. https://doi.org/10.1038/nm.3569
Чжан Б., Лі Д.Е., Трапп А., Тишковський А., Лу А.Т., Барея А. Керепесі К., Кац Л.Х., Шиндяпіна А.В., Дмитрієв С.Е., Бат Г.С., Хорват С. ., Гладишев, В. Н., Білий, Дж. П., bioRxiv 2021.11.11.468258; doi:https://doi.org/10.1101/2021.11.11.468258
Ця стаття спочатку з'явилася на Знаючи нейронів
