Ученые Солка использовали клетки кожи, называемые фибробластами, от молодых и старых пациентов, чтобы успешно создать клетки кровеносных сосудов, которые сохраняют свои молекулярные маркеры возраста. Подход команды, описанный в журнале eLife 8 сентября 2020 года, выявил ключи к разгадке того, почему кровеносные сосуды имеют тенденцию становиться протекающими и укрепленными с возрастом, и позволяет исследователям определять новые молекулярные мишени для потенциально замедления старения в сосудистых клетках.
"Сосудистая сеть чрезвычайно важна для старения, но ее влияние было недооценено, поскольку было трудно изучить, как эти клетки стареют," говорит Мартин Хетцер, старший автор статьи, вице-президент и главный научный сотрудник Солка.
Исследованию стареющей сосудистой сети препятствует тот факт, что сбор клеток кровеносных сосудов у пациентов является инвазивным, но когда клетки кровеносных сосудов создаются из специальных стволовых клеток, называемых индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками, возрастные молекулярные изменения стираются. Итак, большинство знаний о том, как стареют клетки кровеносных сосудов, основано на наблюдениях за тем, как сами кровеносные сосуды меняются с течением времени: вены и артерии становятся менее эластичными, утолщаются и становятся жесткими. Эти изменения могут способствовать повышению артериального давления и повышенному риску сердечных заболеваний с возрастом.
В 2015 году Хетцер был частью команды под руководством президента Солка Расти Гейджа, чтобы показать, что фибробласты могут быть напрямую перепрограммированы в нейроны, пропуская стадию индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, которая стирает признаки старения клеток. Полученные в результате клетки мозга сохранили свои маркеры возраста, что позволило исследователям изучить, как нейроны меняются с возрастом.
В новой работе Хетцер и его коллеги применили тот же подход прямого преобразования для создания двух типов клеток сосудистой сети: эндотелиальных клеток сосудов, которые составляют внутреннюю выстилку кровеносных сосудов, и гладкомышечных клеток, окружающих эти эндотелиальные клетки.
"Мы одни из первых использовали эту методику для изучения старения сосудистой системы," говорит Роберта Шульте, координатор лаборатории Hetzer и соавтор статьи. "Идея создания обоих этих типов клеток из фибробластов существовала, но мы изменили методы в соответствии с нашими потребностями."
Исследователи использовали клетки кожи, собранные у трех молодых доноров в возрасте от 19 до 30 лет, трех пожилых доноров в возрасте от 62 до 87 лет и 8 пациентов с синдромом прогерии Хатчинсона-Гилфорда (HGPS), часто используемым расстройством ускоренного преждевременного старения. изучать старение.
Полученные индуцированные эндотелиальные клетки сосудов (iVEC) и индуцированные гладкомышечные клетки (iSMC) показали четкие признаки возраста. 21 ген был экспрессирован на разных уровнях в iSMC у старых и молодых людей, включая гены, связанные с кальцификацией кровеносных сосудов. 9 генов экспрессируются по-разному в зависимости от возраста в iVEC, включая гены, связанные с воспалением. У пациентов с HGPS некоторые гены отражали те же паттерны экспрессии, которые обычно наблюдаются у пожилых людей, в то время как другие паттерны были уникальными. В частности, уровни белка BMP-4, который, как известно, играет роль в кальцификации кровеносных сосудов, были немного выше в старых клетках по сравнению с более молодыми клетками, но более значительно выше в гладкомышечных клетках пациентов с прогерией. Это говорит о том, что белок особенно важен для ускоренного старения.
Результаты не только намекнули на то, как и почему кровеносные сосуды меняются с возрастом, но и подтвердили, что метод прямого преобразования создания эндотелиальных и гладкомышечных клеток сосудов из фибробластов пациентов позволяет клеткам сохранять любые возрастные изменения.
"Одно из самых больших теоретических выводов этого исследования состоит в том, что теперь мы знаем, что можем продольно изучать одного пациента в процессе старения или в течение курса лечения и изучать, как изменяется его сосудистая сеть и как мы можем нацелить это на это," говорит Симона Берсини, научный сотрудник Солка и соавтор статьи.
Чтобы проверить полезность новых наблюдений, исследователи проверили, может ли блокирование BMP4, который присутствовал на более высоких уровнях в гладкомышечных клетках, полученных от людей с HGPS, помочь в лечении стареющих кровеносных сосудов. В клетках гладкой мускулатуры от доноров с сосудистыми заболеваниями антитела, блокирующие BMP4, снижают уровень проницаемости сосудов – одно из изменений, происходящих в сосудах с возрастом.
Полученные данные указывают на новые терапевтические цели для лечения как прогерии, так и нормальных возрастных изменений, которые могут возникнуть в сосудистой системе человека. Они также демонстрируют, что прямое преобразование фибробластов в другие типы зрелых клеток – ранее успешное в нейронах, а теперь и в клетках сосудов – вероятно, полезно для изучения широкого спектра процессов старения в организме.
"Повторяя то, что было сделано с нейронами, мы продемонстрировали, что это прямое перепрограммирование – мощный инструмент, который, вероятно, может быть применен ко многим типам клеток для изучения механизмов старения во всех видах других тканей человека," говорит Хетцер, обладатель стула Фонда Джесси и Кэрил Филипс.
Команда планирует будущие исследования, чтобы изучить точные молекулярные механизмы, с помощью которых некоторые из генов, которые, как они обнаружили, изменяются с возрастом, контролируют изменения, наблюдаемые в сосудистой сети.