Мышцы с возрастом заживают после травм значительно медленнее, что является распространённой проблемой для пожилых людей. Новое исследование Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), проведённое на мышах, предлагает неожиданное объяснение этому феномену. Оказалось, что в стволовых клетках стареющих мышц накапливается высокий уровень белка под названием NDRG1. Этот белок действует как внутренний тормоз, замедляя активацию клеток и, как следствие, восстановление повреждённой ткани. Однако у этой "медлительности" есть и обратная, полезная сторона: она помогает клеткам выживать в более стрессовой среде стареющего организма. На молекулярном уровне NDRG1 повышает устойчивость, регулируя гены, участвующие в ответе на гипоксию через взаимодействие с HIF-1α, что помогает клеткам выживать в условиях низкого кислорода. Он также модулирует окислительный стресс, усиливая экспрессию антиоксидантных ферментов через путь Nrf2, и стабилизирует клеточные структуры, подавляя апоптоз через такие пути, как PI3K/Akt.
Учёные пришли к выводу, что некоторые биологические изменения, связанные со старением, могут быть не просто вредным упадком, а встроенной стратегией выживания. Исследование, опубликованное в журнале Science, предлагает новый взгляд на процесс старения. Старший автор работы, доктор Томас Рандо, пояснил, что стволовые клетки, сохраняющиеся в тканях с возрастом, могут быть не самыми эффективными в регенерации, но самыми устойчивыми. Их главная задача смещается с быстрого восстановления на долгосрочное выживание. Подобный компромисс между быстрым действием и долгосрочной устойчивостью наблюдается и в других биологических механизмах. Например, белок p53 быстро активируется при повреждении ДНК для остановки клеточного цикла или апоптоза, но его хроническая активность может привести к старению тканей. Аналогично, воспалительные цитокины, такие как TNF-α и IL-6, быстро мобилизуют иммунный ответ на инфекцию, но их длительная выработка связана с хроническими воспалительными заболеваниями. Путь mTOR, регулирующий рост и метаболизм клеток, также демонстрирует эту двойственность: его кратковременная активация полезна для восстановления, а хроническая — способствует старению и раку.
Чтобы проверить роль белка NDRG1, учёные заблокировали его активность у естественно состарившихся мышей. В результате "старые" мышечные стволовые клетки начали вести себя как молодые: они быстрее активировались и ускоряли заживление травмированных мышц. Однако эта "омолаживающая" процедура имела серьёзный побочный эффект. Без белка-тормоза NDRG1 значительно меньше стволовых клеток переживало повторные травмы, что в долгосрочной перспективе снижало общую способность мышцы к регенерации.
Доктор Рандо наглядно объяснил этот компромисс с помощью аналогии. По его словам, стволовые клетки молодых животных похожи на спринтеров: они отлично и быстро выполняют свою работу по восстановлению, но не рассчитаны на долгую дистанцию. В то же время старые стволовые клетки — это марафонцы: они медленнее реагируют, но лучше приспособлены для выживания в условиях хронического стресса, которым является старение организма.
Исследователи назвали этот феномен "клеточной ошибкой выживаемости". Со временем в стареющей ткани выживают и накапливаются именно те стволовые клетки, которые производят много белка NDRG1, так как он повышает их устойчивость. Те же клетки, которые его производят недостаточно, с большей вероятностью погибают. Таким образом, медленное восстановление может быть необходимой платой за сохранение пула стволовых клеток, предотвращающей их полное истощение. Этот механизм учёные сравнивают с природными стратегиями выживания вроде спячки, когда в экстремальных условиях ресурсы тратятся не на размножение, а на поддержание жизни.
Полученные данные открывают новые пути для разработки терапий, направленных на улучшение регенерации мышц у пожилых людей. Однако доктор Рандо предупреждает, что любое вмешательство, заставляющее старые клетки работать как молодые, вероятно, будет иметь свою "цену" — например, снижение их долговечности. "Бесплатного обеда не бывает", — отмечает учёный. Сейчас команда планирует глубже изучить молекулярные механизмы, контролирующие этот критический баланс между выживанием и восстановлением, что важно как для понимания эволюции, так и для борьбы с последствиями старения.
Источник: Scientists reverse muscle aging in mice and discover a surprising catch