Стареющие стволовые клетки мышц повышают устойчивость, но замедляет регенерацию

Фото из открытых источников

С возрастом процессы восстановления и регенерации тканей после травм замедляются. В мышцах это происходит потому, что мышечные стволовые клетки перестают нормально функционировать, что затрудняет рост мышечной ткани.

Новое исследование Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе выявило причину этой связанной со старением дисфункции. Исследователи обнаружили, что эти клетки отдают предпочтение выживанию, а не функциональности. Эта «предвзятость выживания» означает, что клетки сохраняются, но теряют значительную часть своей способности восстанавливать мышцы.

Исследование, проведенное на мышах, показало, что стареющие стволовые клетки мышц накапливают более высокие уровни белка, который замедляет их способность к регенерации и восстановлению мышц при необходимости. Однако есть и обратная сторона медали: тот же белок действует как щит, помогая клеткам выживать в суровых условиях старых тканей.

Когда учёные сравнили мышечные стволовые клетки молодых и старых мышей, они обнаружили, что ген NDRG1 играет в этом роль. В мышцах старых мышей уровень белка этого гена был примерно в 3,5 раза выше, чем в мышцах молодых.

NDRG1 действует как обоюдоострый меч в стареющих мышцах. С одной стороны, он защищает стволовые клетки, помогая им выживать. С другой стороны, он работает как тормоз, замедляя активность сигнального пути mTOR, который обычно запускает рост и восстановление клеток. Это замедление приводит к тому, что стволовым клеткам трудно активироваться и восстанавливать поврежденные мышцы.

Однако, когда исследователи снизили уровень NDRG1, регенерация мышц улучшилась, что показало, что этот ген играет решающую роль в процессе старения мышц. Но у этого есть и недостаток. Без защиты NDRG1 выживало лишь небольшое количество стволовых клеток мышц. В результате способность мышц восстанавливаться после повторных травм снижалась, что указывает на тесную взаимосвязь между выживанием и восстановлением в стареющих тканях.

«Стволовые клетки у молодых животных обладают гиперфункциональными свойствами, отлично справляются со своей задачей, а именно со спринтом, но они не годятся для долгосрочного выживания. Они могут пробежать стометровку, но не смогут преодолеть даже половину марафона», - пояснили в Медицинской школе имени Дэвида Геффена при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. «Напротив, стареющие стволовые клетки подобны марафонцам: они медленнее реагируют, но лучше приспособлены к длительной работе. Однако то, что делает их такими эффективными на больших дистанциях, как раз и делает их неспособными к спринту».

Для подтверждения своих результатов исследователи протестировали мышечные стволовые клетки молодых и старых мышей в лабораторных условиях и в живых тканях. Во всех экспериментах наблюдалась четкая закономерность. По мере увеличения уровня NDRG1 в стареющих мышцах стволовые клетки медленнее активировались и восстанавливали повреждения, но при этом оказывались более выносливыми и лучше выживали с течением времени.

Проще говоря, стволовые клетки, которые не накапливают достаточное количество белка NDRG1, в конечном итоге отмирают. Остается группа клеток, которые восстанавливают мышцы медленнее, но при этом более прочные и устойчивые, способные дольше выживать в суровых условиях стареющих тканей.

Полученные результаты могут привести к разработке методов лечения, которые будут обеспечивать баланс между активацией стволовых клеток и их выживанием, хотя Рандо предупреждает: «Бесплатного сыра не бывает. Мы можем улучшить функцию стареющих клеток на определенный период времени для определенных тканей, но каждый раз, когда мы это делаем, это будет иметь потенциальную цену и потенциальные негативные последствия».

Исследовательская группа продолжит изучение механизмов, контролирующих баланс между выживанием и функцией на молекулярном уровне.