Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) обнаружили, что стволовые клетки стареющего костного мозга перерабатывают свои собственные молекулы, чтобы выжить и продолжать пополнять кровь и иммунную систему по мере старения организма.
Процесс рециркуляции, известный как аутофагия или самопоедание, включает повторное использование молекул и химической энергии, полученной от этих молекул, чтобы противостоять убивающему эффекту метаболического стресса, который усиливается по мере старения организма.
Об открытии сообщили в Интернете в феврале. 6 в журнале Nature, показал, что аутофагия позволяет стволовым клеткам избегать альтернативной реакции на стресс, которая представляет собой запрограммированное клеточное самоубийство, при котором клетки, не готовые к употреблению табака, убивают себя для общего блага.
Хотя этот трюк с аутофагией может помочь отсрочить наступление анемии, сбоя иммунной системы и других заболеваний, которые возникают с возрастом, в качестве стратегии выживания он представляет собой своего рода компромисс, сказал старший автор исследования Эммануэль Пассеге, доктор философии. Центра регенеративной медицины и исследования стволовых клеток им. Эли и Эдит Брод при UCSF.
По ее словам, аутофагия может увеличить риск рака, позволяя старым стволовым клеткам выжить, несмотря на накопление опасных мутаций в течение всей жизни.
"Практически все злокачественные новообразования крови начинаются в нише стволовых клеток," сказал Пассеге. Многие из самых смертоносных и наиболее распространенных видов рака крови – например, острый миелогенный лейкоз – возникают из-за поврежденных стволовых клеток и становятся все более распространенными с возрастом.
По ее словам, одной из следующих серьезных проблем в биомедицинских исследованиях является поддержание нормального функционирования старых стволовых клеток крови и иммунной системы без повышения риска рака.
"Наш следующий шаг – заглянуть внутрь стволовых клеток, чтобы увидеть, что идет не так, поскольку с возрастом они начинают плохо работать."
Аутофагия – это метаболическая реакция на стресс
Общий вывод исследования заключался в том, что аутофагия запускается в крови или гематопоэтических стволовых клетках, когда включается генетический переключатель, называемый FOXO3A. Исследователи показали, что этот процесс не активируется в более зрелых специализированных клетках крови или иммунной системы.
"Наше исследование показывает, что аутофагия – это механизм стрессовой реакции, который защищает стволовые клетки," сказал Пассеге. "Это способ очистки внутри клетки, который высвобождает аминокислоты и питательные вещества, чтобы стволовые клетки могли использовать эту энергию для выживания, будучи лишенными факторов роста в нише костного мозга, где они находятся."
В своих экспериментах исследователи показали, что метаболический стресс в гемопоэтических стволовых клетках, растущих в чашке – в данном случае вызванный нехваткой цитокинов, которые участвуют в передаче клеточных сигналов, и факторов роста, которые стимулируют процессы роста в клетке – запускает FOX03A- управляемая аутофагия. Только когда этим клеткам не удалось активировать аутофагию, они вместо этого совершили самоубийство.
Точно так же у мышей, лишенных пищи в течение 24 часов, гемопоэтические стволовые клетки активировали аутофагию. Примечательно, что мыши, которые были генетически сконструированы так, чтобы не иметь ключевого компонента биохимического механизма аутофагии, не могли активировать аутофагию в ответ на голодание и в результате теряли гемопоэтические стволовые клетки.
Ученые ранее предположили, что одним из факторов старения может быть то, что гемопоэтические стволовые клетки становятся менее способными подвергаться аутофагии, чтобы спастись. Но когда группа лаборатории Пассеге сравнила гемопоэтические стволовые клетки старых и молодых мышей, они обнаружили, что аутофагия всегда была активна у старых мышей, но не у молодых – и, возможно, менее подверженных стрессу – мышей.
"Мы были очень удивлены," Пассеге сказал. "Мы ожидали, что этот механизм развалится в старых стволовых клетках." Фактически, исследователи UCSF показывают обратное: старые стволовые клетки полностью полагаются на аутофагию для выживания и умирают, когда она блокируется.
По словам Пассеге, возрастная деградация костного мозга, вероятно, ограничивает доступность факторов питания и роста для старых стволовых клеток. По ее словам, такой метаболический стресс может привести к повреждению стволовых клеток и нарушению их функции.