Исследователи выявили ранее неизвестную взаимосвязь между митохондриями, клеточным метаболизмом и хроническим воспалением, развивающимся с возрастом. В опытах на мышах ученые также продемонстрировали, что воздействие на один из ключевых процессов позволило снизить воспаление и улучшить показатели здорового старения. О том, как «зомби»-клетки поддерживают воспалительные процессы и можно ли на них влиять, — в материале «Известий».
Отчего «зомби»-клетки поддерживают воспаление при старенииСправка «Известий»Воспаление представляет собой один из ключевых механизмов защиты организма. В случае инфекции или травмы тканей организм направляет сигналы тревоги, привлекающие иммунные клетки и другие компоненты для ликвидации угрозы и восстановления поврежденных зон. Как правило, после устранения опасности этот процесс останавливается.
Однако с течением лет в организме накапливаются клетки, способные поддерживать воспаление гораздо дольше, чем нужно. Эти клетки именуют сенесцентными. Они прекращают делиться, но не отмирают и продолжают оставаться деятельными.
Невзирая на остановку деления, сенесцентные клетки по-прежнему тратят энергию и участвуют в метаболизме. Ученые выяснили, что их митохондрии — структуры, обеспечивающие значительную долю выработки энергии в клетке, — функционируют не так, как митохондрии здоровых клеток.
Питер Адамс, профессор и директор программы по геномным исследованиям рака и эпигенетике Института медицинских исследований им. Сэнфорда Бернхэма Пребиса
Стареющие клетки не являются полностью инертными. Они остаются метаболически активными и имеют воспалительную программу, заставляющую их выделять воспалительные молекулы.
Когда сенесцентные клетки активируют эту воспалительную программу, формируется так называемый секреторный фенотип, связанный со старением, или SASP. Его ассоциируют с широко распространенным хроническим воспалением при старении и разными недугами, которые чаще встречаются в пожилом возрасте.
Научный коллектив во главе с профессором физиологии в Клинике Майо Джоау Пассушем предпринял попытку определить, какие конкретно молекулярные процессы вынуждают сенесцентные клетки поддерживать SASP и возможно ли повлиять на этот механизм. Итоги опубликованы в журнале Science Daily.
Питер Адамс
Каким образом митохондрии открывают доступ к генам воспаленияОказывается, происходит конвергенция как минимум двух биологических путей, связанных с митохондриями. Один из них изменяет способ хранения ДНК, способствуя развитию областей, связанных с SASP, а другой усиливает экспрессию генов в SASP, находящихся в открытом доступе.
Один из выявленных механизмов — рост выработки митохондриями ацетил-КоА — ключевой молекулы, задействованной в метаболизме. Она также контактирует с гистонами — белками, вокруг которых упакована ДНК.
Влияя на гистоны, ацетил-КоА может ослаблять упаковку ДНК. При этом сам генетический код не меняется. Вместо этого отдельные области генома делаются более доступными для клеточных механизмов, включая гены, вовлеченные в воспалительную реакцию SASP. Однако только роста уровня ацетил-КоА было недостаточно, чтобы объяснить непрерывное выделение воспалительных молекул сенесцентными клетками.
Исследователи выявили второй механизм. Поврежденные митохондрии способны пропускать свои ДНК и РНК в те участки клетки, где этих молекул обычно быть не должно. Иммунная система расценивает такой генетический материал как сигнал об опасности и инициирует воспалительный ответ. Эти иммунные сигналы активируют транскрипционные факторы, которые содействуют включению конкретных генов. В итоге они влияют на гены SASP, которые из-за повышенного уровня ацетил-КоА уже сделались более доступными.
Итак, ученые обнаружили взаимодействие двух независимых процессов. Первый относится к метаболизму и делает воспалительные гены доступными, а второй предоставляет иммунный сигнал, нужный для их активации.
Питер Адамс
Почему открытие имеет значение для изучения старенияУвидев, как пересекаются эти два независимых пути, мы захотели выяснить, может ли прерывание одного из них предотвратить их сотрудничество в продвижении SASP.
Ученые полагают, что найденная взаимосвязь между метаболизмом митохондрий и активностью генов воспаления способна помочь глубже понять механизмы хронического воспаления при старении. Ключевую роль в этом процессе играют два сигнала: один делает связанные с воспалением участки ДНК более доступными, а другой их активирует.
Питер Адамс
Несмотря на то, что иммунная сигнализация от поврежденных митохондрий всё еще присутствовала, нарушение метаболического сигнала сделало гены SASP менее доступными и принесло функциональные преимущества.
По утверждению ученого, полученные результаты говорят о возможности влиять не только напрямую на воспалительные процессы, но и на метаболические сигналы, которые управляют доступом клеток к определенным участкам ДНК.
Питер Адамс
Кроме того, в более широком смысле это исследование показывает, что воздействие на метаболические сигналы, влияющие на доступность ДНК, может представлять собой новый подход к смягчению возрастного воспаления и функционального снижения.
Итак, исследование дает возможность по-новому оценить роль сенесцентных клеток в возрастных изменениях организма. Авторы работы полагают, что дальнейшее изучение взаимодействия митохондрий, клеточного метаболизма и регуляции генов способно помочь отыскать новые методы замедления воспалительных процессов и связанного с ними снижения функций тканей.