Мы часто объясняем увеличение морщин, снижение физической силы и повышение риска заболеваний как «вину возраста». Когда же именно и откуда начинается старение человеческого тела? На этот вопрос не было четкой карты, указывающей, стареют ли сначала определенные органы или же все тело одновременно претерпевает изменения.
Недавно в известном научном журнале ⟪Science⟫ была опубликована работа, в которой команда профессора Чжунвэя Чао из лаборатории одиночной клеточной геномики и популяционной эпидемиологии Университета Рокфеллера проанализировала около 7 миллионов клеток из 21 органа и подтвердила, что старение начинается раньше, чем ожидалось, и происходит синхронно по всему организму.
Исследователи собрали 21 образец тканей от 32 мышей, соответствующих возрастам 1 месяц (молодые особи), 5 месяцев (средний возраст) и 21 месяц (пожилые). Хотя нельзя просто сопоставить с человеческим возрастом, важно отметить, что они поэтапно сравнили изменения на протяжении всей жизни от молодых особей до среднего и пожилого возраста.
В исследовании использовалась технология «одиночная клеточная ATAC-seq». Этот метод измеряет, насколько открыта (доступна) ДНК внутри клетки, чтобы определить, какие гены готовы к активации. Проще говоря, исследователи изучили, как меняется «проектировка работы» клетки. В результате они смогли различить более 1800 различных подтипов клеток. Некоторые из них были редкими клеточными группами, которые ранее не были достаточно определены.
Анализ показал, что некоторые существующие представления были опровергнуты. Старение до сих пор в основном понималось как процесс снижения «функции» клеток, но в этом исследовании выяснилось, что около четверти всех типов клеток значительно изменилось по количеству с возрастом.
Например, некоторые группы мышечных клеток и клеток почек уменьшились, в то время как количество иммунных клеток значительно увеличилось. Это означает, что дело не только в простом снижении функции, но и в перераспределении самих клеточных компонентов.
Особенно важно отметить, что такие изменения начались раньше, чем ожидалось. На этапе 5 месяцев, то есть в среднем возрасте, некоторые группы клеток уже начали уменьшаться. Исследователи интерпретировали это как постепенное изменение, которое не начинается внезапно в пожилом возрасте, а находится на непрерывной линии развития.
Еще одно ключевое открытие — «синхронизация». Было установлено, что в разных органах наблюдаются похожие изменения состояния клеток, которые одновременно увеличиваются или уменьшаются. Это указывает на то, что старение не происходит отдельно для каждого органа, а может регулироваться общими сигналами организма. Исследователи объяснили, что вещества, циркулирующие в крови, могут участвовать в этой регуляции.
Различия по половому признаку также были заметны. Около 40% изменений, связанных со старением, проявились по-разному у мужчин и женщин. Например, у женщин в процессе старения наблюдалась более широкая активация иммунной системы. Исследователи отметили, что эти результаты могут стать подсказкой для объяснения высокой заболеваемости аутоиммунными заболеваниями у женщин. Однако это лишь предположение, и причинно-следственная связь не была установлена.
Анализировались не только изменения в количестве клеток, но и изменения на уровне генома. Исследователи изучили около 1,3 миллиона областей генома, и в примерно 300 тысячах из них были обнаружены значительные изменения, связанные со старением. Особенно около 1000 областей изменились общим образом в различных типах клеток. Эти области были связаны с регуляторными участками генов, связанными с иммунной функцией, воспалением и поддержанием стволовых клеток. Это может указывать на то, что старение — это не просто случайное повреждение генома, а систематическое изменение, которое повторяется в определенных регуляторных «горячих точках».
Сравнив с предыдущими исследованиями, команда исследователей подтвердила, что иммунный сигнальный молекула «цитокин» может вызывать изменения клеток, аналогичные тем, что были наблюдаемы в этом исследовании. В связи с этим было выдвинуто предположение, что препараты, регулирующие цитокины, могут замедлить процесс старения по всему организму, но это требует дальнейшей проверки.
Атлас одиночных клеток, в котором исследователи тщательно проанализировали изменения старения, будет предоставлен исследователям через открытую платформу (epiage.net). Ожидается, что он станет основным материалом для выяснения механизмов старения и разработки будущих стратегий целевой терапии.
