Nature: ученые обнаружили ключевой клеточный процесс, лежащий в основе старения

Фото из открытых источников

Исследование червей, проведенное учеными из Медицинской школы Университета Вандербильта в США, выявило ранее неизвестную адаптацию к старению, которая активно перестраивает одну из самых больших и сложных структур в наших клетках. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Cell Biology.

Полученные данные не только помогают прояснить клеточные механизмы старения, но и могут указывать на возможную мишень для лекарственной терапии хронических заболеваний, связанных с возрастом.

С возрастом у людей и других животных клетки изменяют свою эндоплазматическую сеть (ЭР) — обширную транспортную систему, играющую решающую роль в различных биохимических процессах, таких как сворачивание белков.

Клетки осуществляют эту модификацию с помощью ЭР-фагии — механизма, открытого лишь в последние годы.

ЭР-фагия — это разновидность аутофагии, естественного процесса, при котором пищеварительные ферменты расщепляют и перерабатывают поврежденные или ненужные компоненты клетки. При ЭР-фагии избирательно расщепляются определенные субдомены эндоплазматического ретикулума, такие как поврежденные или избыточные участки, которые могут представлять угрозу для здоровья клетки.

Однако новое исследование показывает, что ER-фагия также играет роль в здоровом старении — и, возможно, в продлении продолжительности жизни.

«В отличие от многих предыдущих исследований, которые документировали, как уровни различных клеточных механизмов меняются с возрастом, мы же сосредоточились на том, как старение влияет на то, как клетки размещают и организуют эти механизмы в своей сложной внутренней архитектуре», — говорит Крис Буркевиц из Университета Вандербильта.

Способность эукариотических клеток функционировать зависит от эффективности отдельных органелл , но помимо их нахождения внутри клетки, важны также их расположение и распределение.

«Это чем-то похоже на фабрику», — говорит Буркевиц. «Простое наличие всего необходимого оборудования не сделает вашу фабрику производительной, если это оборудование не установлено в правильном положении и последовательности».

«Когда пространство ограничено или меняются производственные потребности, заводу приходится перестраивать свою планировку, чтобы выпускать нужную продукцию», — добавляет Буркевиц. «Если организация нарушается, производство становится очень неэффективным».

Вот тут-то и вступает в дело эндоплазматический ретикулум (ЭР). Он состоит из множества структурных субъединиц, каждая из которых связана с определенной функцией. Например, шероховатый ЭР синтезирует, сворачивает, сортирует и транспортирует белки, а гладкий ЭР, помимо прочих задач, синтезирует и хранит липиды.

Эндоплазматический ретикулум клетки также выполняет функцию каркаса внутри цитоплазмы, используя свою сложную форму для организации других частей клетки. Он может изменять свою форму в определенных условиях, хотя многие детали остаются недостаточно изученными.

На самом деле, несмотря на множество ключевых функций, мы до сих пор многого не знаем об эндоплазматической сети, в том числе о том, как и почему меняется ее структура у стареющих эукариот.

Чтобы исследовать роль эндоплазматического ретикулума в процессе старения, исследователи изучили живых нематод Caenorhabditis elegans, которые широко используются в качестве модельных организмов. Поскольку они прозрачны и быстро стареют, они особенно полезны, если вы хотите наблюдать за клеткой живого животного в процессе ее старения.

Буркевиц и его коллеги использовали флуоресцентную и электронную микроскопию для визуализации динамики эндоплазматического ретикулума как у молодых, так и у старых нематод, выявив интересные морфологические изменения, зависящие от возраста.

Исследование показало, что по мере старения нематод количество шероховатой эндоплазматической сети в их клетках резко уменьшалось, в то время как количество гладкой эндоплазматической сети изменялось лишь незначительно.

Для подтверждения значимости этого явления необходимы дополнительные исследования, но это может помочь объяснить некоторые более масштабные последствия старения, такие как снижение способности поддерживать функциональные белки или метаболические изменения, влияющие на накопление жира.

Результаты исследования позволяют предположить, что ремоделирование эндоплазматического ретикулума является «проактивной и защитной реакцией» в процессе старения, сообщают исследователи.

Медицинская наука помогает людям жить дольше, иногда значительно дольше 100 лет. Однако это продление жизни не обязательно включает в себя укрепление организма, в результате чего многие люди проводят свои золотые годы, борясь со слабостью и хроническими заболеваниями.

Дальнейшие исследования будут направлены на изучение динамики ER на протяжении всего процесса старения, чтобы точно выяснить, что происходит и почему, а также как мы можем использовать эти знания для содействия здоровому долголетию.

«Изменения в рецепторах эстрогена происходят относительно рано в процессе старения», — говорит Буркевиц. «Одно из самых интересных следствий этого заключается в том, что это может быть одним из факторов, запускающих последующие процессы: дисфункцию и заболевания».