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

Оказывается, 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.

Каким образом митохондрии открывают доступ к генам воспаления

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

Увидев, как пересекаются эти два независимых пути, мы захотели выяснить, может ли прерывание одного из них предотвратить их сотрудничество в продвижении SASP.

Почему открытие имеет значение для изучения старения

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.