Как на самом деле стареет организм…
С возрастом увеличивается риск серьёзных заболеваний, таких как рак, болезни сердца и деменция. В течение многих лет исследователи изучали эти состояния индивидуально. Теперь многие учёные делают шаг назад, чтобы задать более широкий вопрос. Вместо того чтобы лечить болезни по одной, может ли замедление процесса старения снизить риск нескольких заболеваний одновременно? Чтобы ответить на этот вопрос, им сначала нужно понять, что вызывает биологические изменения, возникающие с возрастом. Новое исследование, опубликованное в журнале «Science», предлагает беспрецедентный взгляд на этот процесс.
Исследователи из Университета Рокфеллера (частный исследовательский университет в Нью-Йорке, США) составили на сегодняшний день самый подробный атлас того, как старение влияет на тысячи подтипов клеток в 21 ткани млекопитающих. Исследуя почти 7 миллионов отдельных клеток мышей трёх разных возрастов, команда определила, какие клетки наиболее уязвимы со временем и какие факторы могут способствовать снижению возрастных изменений.
«Наша цель заключалась в том, чтобы понять не только то, что меняется с возрастом, но и почему», — говорит Цзюньюэ Цао, руководитель Лаборатории одноклеточной геномики и динамики популяций. «Картографируя как клеточные и молекулярные изменения, мы можем определить, что движет старением. Это открывает дверь для вмешательств, направленных на сам процесс старения».
Исследователи применили этот метод к миллионам отдельных клеток, взятых из 21 органа у 32 мышей в возрасте трёх лет: один месяц (молодой взрослый), пять месяцев (средний возраст) и 21 месяц (пожилые). Всего лаборатория выявила более 1800 различных подтипов клеток, включая множество редких групп, которые так и не были полностью описаны. Затем команда отслеживала, как менялось количество этих клеток по мере перехода мышей от юного возраста к среднему возрасту, а затем к старости.
Десятилетиями учёные считали, что старение в основном меняет функционирование клеток, а не количество каждого типа. Этот новый анализ ставит под сомнение данную точку зрения. Около четверти всех типов клеток со временем демонстрировали значительные изменения численности. Некоторые популяции мышечных и почечных клеток резко сократились, а иммунные клетки значительно расширились.
«Система гораздо более динамична, чем мы думали», — говорит Цао. «И некоторые из этих изменений начинаются удивительно рано. К пяти месяцам количество популяций клеток уже начало сокращаться. Это говорит нам, что старение — это не просто то, что происходит поздно в жизни; это продолжение продолжающихся процессов развития».
Не менее удивительно было насколько синхронизированы эти изменения. Похожие клеточные состояния поднимались и опускались вместе в разных органах. Этот паттерн указывает на то, что общие сигналы, возможно, факторы, циркулирующие в крови, помогают координировать старение по всему организму.
Исследование также выявило выраженные различия между полами. Примерно 40 процентов изменений, связанных с возрастом, существенно различались в зависимости от пола. Например, у женщин по мере старения иммунная активация проявилась гораздо шире. «Возможно, это объясняет более высокую распространённость аутоиммунных заболеваний у женщин», — предполагает Цао.
Помимо подсчёта того, как смещались популяции клеток, исследователи изучали, как со временем менялись доступные участки ДНК внутри этих клеток. Из 1,3 миллиона проанализированных геномных областей около 300 000 демонстрировали значимые изменения, связанные со старением. Около 1000 из этих изменений проявились на различных типах клеток, что подтверждает идею о том, что общие биологические программы способствуют старению организма. Многие из этих общих областей были связаны с иммунной функцией, воспалениями или поддержанием стволовых клеток.
Сравнив свои результаты с предыдущими исследованиями, команда обнаружила, что молекулы иммунной сигнализации, называемые цитокином, могут вызывать многие из тех же изменений клеток, наблюдаемых при старении. Цао предполагает, что препараты, предназначенные для корректировки этих цитокинов, могут потенциально замедлить координированные процессы старения в нескольких органах.
«Это действительно отправная точка», — говорит Цао. «Мы определили уязвимые типы клеток и молекулярные горячие точки. Теперь вопрос в том, сможем ли мы разработать вмешательства, направленные на эти конкретные процессы старения. Наша лаборатория уже работает над следующим шагом».
Исследователи из Университета Рокфеллера (частный исследовательский университет в Нью-Йорке, США) составили на сегодняшний день самый подробный атлас того, как старение влияет на тысячи подтипов клеток в 21 ткани млекопитающих. Исследуя почти 7 миллионов отдельных клеток мышей трёх разных возрастов, команда определила, какие клетки наиболее уязвимы со временем и какие факторы могут способствовать снижению возрастных изменений.
«Наша цель заключалась в том, чтобы понять не только то, что меняется с возрастом, но и почему», — говорит Цзюньюэ Цао, руководитель Лаборатории одноклеточной геномики и динамики популяций. «Картографируя как клеточные и молекулярные изменения, мы можем определить, что движет старением. Это открывает дверь для вмешательств, направленных на сам процесс старения».
Исследователи применили этот метод к миллионам отдельных клеток, взятых из 21 органа у 32 мышей в возрасте трёх лет: один месяц (молодой взрослый), пять месяцев (средний возраст) и 21 месяц (пожилые). Всего лаборатория выявила более 1800 различных подтипов клеток, включая множество редких групп, которые так и не были полностью описаны. Затем команда отслеживала, как менялось количество этих клеток по мере перехода мышей от юного возраста к среднему возрасту, а затем к старости.
Десятилетиями учёные считали, что старение в основном меняет функционирование клеток, а не количество каждого типа. Этот новый анализ ставит под сомнение данную точку зрения. Около четверти всех типов клеток со временем демонстрировали значительные изменения численности. Некоторые популяции мышечных и почечных клеток резко сократились, а иммунные клетки значительно расширились.
«Система гораздо более динамична, чем мы думали», — говорит Цао. «И некоторые из этих изменений начинаются удивительно рано. К пяти месяцам количество популяций клеток уже начало сокращаться. Это говорит нам, что старение — это не просто то, что происходит поздно в жизни; это продолжение продолжающихся процессов развития».
Не менее удивительно было насколько синхронизированы эти изменения. Похожие клеточные состояния поднимались и опускались вместе в разных органах. Этот паттерн указывает на то, что общие сигналы, возможно, факторы, циркулирующие в крови, помогают координировать старение по всему организму.
Исследование также выявило выраженные различия между полами. Примерно 40 процентов изменений, связанных с возрастом, существенно различались в зависимости от пола. Например, у женщин по мере старения иммунная активация проявилась гораздо шире. «Возможно, это объясняет более высокую распространённость аутоиммунных заболеваний у женщин», — предполагает Цао.
Помимо подсчёта того, как смещались популяции клеток, исследователи изучали, как со временем менялись доступные участки ДНК внутри этих клеток. Из 1,3 миллиона проанализированных геномных областей около 300 000 демонстрировали значимые изменения, связанные со старением. Около 1000 из этих изменений проявились на различных типах клеток, что подтверждает идею о том, что общие биологические программы способствуют старению организма. Многие из этих общих областей были связаны с иммунной функцией, воспалениями или поддержанием стволовых клеток.
Сравнив свои результаты с предыдущими исследованиями, команда обнаружила, что молекулы иммунной сигнализации, называемые цитокином, могут вызывать многие из тех же изменений клеток, наблюдаемых при старении. Цао предполагает, что препараты, предназначенные для корректировки этих цитокинов, могут потенциально замедлить координированные процессы старения в нескольких органах.
«Это действительно отправная точка», — говорит Цао. «Мы определили уязвимые типы клеток и молекулярные горячие точки. Теперь вопрос в том, сможем ли мы разработать вмешательства, направленные на эти конкретные процессы старения. Наша лаборатория уже работает над следующим шагом».
