Спокойное состояние стволовых клеток сохраняет регенеративную способность в стареющем мозге
Ученые из Люксембургского центра системной биомедицины (LCSB) Университета Люксембурга и Немецкого онкологического исследовательского центра (DKFZ) смогли омолодить стволовые клетки мозга стареющих мышей.
Восстановленные стволовые клетки улучшают регенерацию поврежденных или пораженных участков мозга старых мышей. Исследователи ожидают, что их подход даст новый импульс в регенеративной медицине и облегчит разработку методов лечения стволовыми клетками. Их результаты были опубликованы сегодня в журнале «Клетка».
Все клетки, составляющие наши органы, происходят из стволовых клеток. Они делятся, и полученные клетки развиваются в специфические тканевые клетки, образуя мозг, легкие или костный мозг. Однако с возрастом стволовые клетки живых организмов теряют способность размножаться. Многие из них переходят в постоянное состояние покоя.
Чтобы создать как можно более точные вычислительные модели поведения стволовых клеток, группа вычислительной биологии LCSB во главе с профессором Антонио дель Солом применила новый подход. «Стволовые клетки живут в нише, где они постоянно взаимодействуют с другими клетками и внеклеточными компонентами. Очень сложно смоделировать такое множество сложных молекулярных взаимодействий на компьютере. Итак, мы изменили перспективу. Мы перестали думать о том, какие внешние факторы влияют на стволовые клетки, и начали думать о том, каким будет внутреннее состояние стволовой клетки в ее точно определенной нише ».
Новый подход привел к появлению новой вычислительной модели, разработанной доктором Срикантом Равичандраном из Группы вычислительной биологии: «Наша модель может определить, какие белки ответственны за функциональное состояние данной стволовой клетки в ее нише — то есть, будет ли она делиться или оставаться в состоянии покоя. Наша модель опирается на информацию о том, какие гены транскрибируются. Современные технологии клеточной биологии позволяют профилировать экспрессию генов при разрешении одной клетки ».
Ранее было неизвестно, почему большинство стволовых клеток в мозге старых мышей остаются в состоянии покоя. Из их вычислительной модели исследователи из LCSB идентифицировали молекулу, называемую sFRP5, которая сохраняет нейрональные стволовые клетки неактивными у старых мышей и предотвращает пролиферацию, блокируя путь Wnt, необходимый для дифференцировки клеток.
Омоложение для стволовых клеток
Затем пришел многолетний опыт в области невральных стволовых клеток сотрудников в Немецком центре исследования рака (DKFZ): изучая стволовые клетки сначала в чашке, а затем непосредственно на мышах, они могли экспериментально проверить вычислительный прогноз. При нейтрализации действия sFRP5 покоящиеся стволовые клетки действительно начали более активно пролиферировать. Таким образом, они были снова доступны для пополнения процессов старения мозга. «С дезактивацией sFRP5 клетки подвергаются некоторому омоложению, — говорит дель Соль, — в результате соотношение активных и неактивных стволовых клеток в мозге старых мышей становится почти таким же благоприятным, как и у молодых животных».
«Наши результаты представляют собой важный шаг на пути к внедрению терапии на основе стволовых клеток, например, при нейродегенеративных заболеваниях», — говорит Антонио дель Соль. «Мы смогли показать, что с помощью вычислительных моделей можно выявить существенные признаки, характерные для определенного состояния стволовых клеток». Этот подход не ограничивается изучением мозга. Он также может быть использован для моделирования стволовых клеток других органов в организме. «Мы надеемся, что это откроет возможности для регенеративной медицины», — говорит дель Соль.
