Молодая кровь: исследователи стволовых клеток идентифицировали белок, омолаживающий мышцы и мозг старых мышей

-->

Ученые Гарвардского института стволовых клеток (Harvard Stem Cell Institute) показали, что белок, который, как они ранее продемонстрировали, может значительно улучшить состояние сердца стареющих мышей, оказывает положительное влияние и на функции головного мозга и скелетных мышц.

В двух статьях, опубликованных в журнале Science, профессора кафедры стволовых клеток и регенеративной биологии Гарвардского университета Эми Вейджерс (Amy Wagers), PhD, и Ли Рубин (Lee Rubin), PhD, сообщают, что инъекции белка GDF11 повышают физические способности мышей и положительно влияют на функцию обонятельной области мозга у старых животных.

Белок GDF11 обнаружен и в организме человека.

Ученые исследовали влияние белка GDF11 двумя разными способами. Во-первых, они использовали парабиотическую систему, в которой две мыши хирургически соединены друг с другом, и кровь молодой мыши циркулирует по кровеносной системе старой. Во-вторых, они вводили старым мышам GDF11, чего, как было показано в более ранней работе Вейджерс и Ричарда Ли (Richard Lee), MD, профессора медицины Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School) в Женской больнице Бригема (Brigham and Women’s Hospital), было достаточно, чтобы обратить вспять признаки старения сердца. Профессор Ли является автором и двух новых работ.

Дуглас Мелтон (Douglas Melton), PhD, профессор и созаведующий кафедрой стволовых клеток и регенеративной биологии и содиректор Гарвардского института стволовых клеток, прокомментировал результаты исследований, сказав, что не помнит «более захватывающего открытия, пришедшего из науки о стволовых клетках, и более умных экспериментов. Это должно дать всем нам надежду на более здоровое будущее. Всем нам хочется знать, почему в молодости мы сильнее и сообразительнее. И эти две необычайно интересные статьи фактически дают нам возможный ответ: в молодости у нас более высокие уровни белка GDF11. По-видимому, не приходится сомневаться, что, по крайней мере, у животных, GDF11 обладает удивительной способностью восстанавливать стареющие мышцы и функцию головного мозга».

1_378.jpg Профессор кафедры стволовых клеток и
регенеративной биологии Гарвардского университета
Эми Вейджерс (Amy Wagers), PhD.
(Фото: B. D. Colen/Harvard Medical School)

По мнению профессора Мелтона, сотрудничество между профессором Вейджерс, биологом, занимающейся стволовыми клетками, профессором Рубином, нейробиологом, изучающим нейродегенеративные заболевания и использование полученных из клеток пациентов стволовых клеток в качестве мишеней для разработки лекарственных препаратов, и профессором Ли, практикующим кардиологом и ученым, «является прекрасным примером мощи Гарвардского института стволовых клеток как двигателя истинно совместной работы и открытий, объединяющего людей с большими, уникальными идеями и специальными знаниями и опытом в различных областях биологии».

Уровни белка GDF11 в организме молодых мышей гораздо выше, чем в организме старых. Повышение его уровня у старых мышей корректировало функции каждой из изученных на сегодня систем органов.

Парабиотическую систему в экспериментах на мышах профессор Вейджерс (тогда постдокторант Стэнфордского университета (Stanford University)) впервые использовала 14 лет назад. Тогда она и ее коллеги Томас Рандо (Thomas Rando) и Ирвинг Вайсман (Irving Weissman) из Стэнфорда и Ирина Конбой (Irina Conboy) из Калифорнийского университета в Беркли (University of California, Berkeley) заметили, что кровь молодых мышей, циркулирующая по кровеносной системе старых мышей, казалось, производила некоторый омолаживающий эффект при восстановлении травмированных мышц.

В прошлом году она и профессор Ли опубликовали статью, в которой сообщили, что при воздействии крови молодых мышей увеличенные, ослабленные сердца старых мышей возвращаются к размеру, соответствующему более молодому возрасту, и их функция усиливается. По мнению Вейджерс и Ли, фактором крови, ответственным за омолаживающий эффект, судя по всему, является белок GDF11. Это открытие породило надежды, что GDF11, в той или иной форме, может стать средством лечения диастолической сердечной недостаточности – патологического состояние, характерного для пожилых людей, необратимого и фатального.

«Результаты предыдущей работы, казалось, говорили о том, что GDF11 специфичен для сердца, – говорит профессор Вейджерс, – но это исследование показывает, что он активен в различных органах и типах клеток … Предыдущее изучение скелетных мышц и парабиотического эффекта действительно было сосредоточено на регенеративной биологии. Был проведен анализ, насколько хорошо восстанавливается поврежденная мышца. … В то время как предшествующие исследования факторов молодой крови показали, что мы получаем восстановление функции стволовых клеток, и они лучше репарируют мышцы, в этом исследовании мы видели и устранение связанного со старением повреждения ДНК. Мы получили его вместе с восстановлением функции. И мы видели улучшение состояния мышцы, не подвергавшейся никакому другому воздействию. Основываясь на других исследованиях, мы считаем, что накопление повреждений ДНК в мышечных стволовых клетках может отражать неспособность этих клеток адекватно дифференцироваться в зрелые миоциты».

О механике старения мышцы и ее восстановления предстоит узнать еще очень многое, отмечает профессор Вейджерс.

«Я не думаю, что мы в полной мере понимаем, как и почему это происходит. Можно было бы сказать, что это повреждение является модификацией генетического материала, геном действительно разрушается. Но является ли это повреждением или необходимой частью репарации, мы пока не знаем».

2_3.png Профессор кафедры стволовых клеток и
регенеративной биологии Гарвардского университета
Ли Рубин (Lee Rubin), PhD.
(Фото: B. D. Colen/Harvard Medical School)

«Мы знали, что у старых мышей страдает головной мозг. Налицо снижение уровня нейрогенеза [развития нейронов] и, как хорошо известно, ослабевают когнитивные функции. Для меня не было очевидным, что то, что может быть восстановлено в периферических тканях, можно восстановить в головном мозге», – говорит занимающийся разработкой методов лечения нейродегенеративных заболеваний профессор Рубин, вспоминая то время, когда его группа только начала свои эксперименты с GDF11.

По словам Рубина, ведущий автор статьи его группы Лида Катсимпарди (Lida Katsimpardi), PhD, училась парабиотической экспериментальной методике у профессора Вейджерс, но проводила эксперименты независимо от ее группы.

«Она наблюдала увеличение количества нейральных стволовых клеток и усиленное развитие кровеносных сосудов в головном мозге», – продолжает профессор Рубин, отмечая, что как 3-D реконструкция, так и магнитно-резонансная томография головного мозга мышей показали «больше новых кровеносных сосудов и больший приток крови, что, как правило, ассоциируется с более молодой и здоровой мозговой тканью».

Молодые мыши обладают острым обонянием и могут чувствовать тонкие различия в запахах. Так, в экспериментах Рубина молодые мыши избегали запаха мяты, а старые животные этого не делали. Но старым мышам, подвергшимся воздействию крови молодых животных или получавшим GDF11, мята не нравилась.

«Мы считаем, что эффектом GDF11 является улучшение васкуляризации и увеличение притока крови, что связано с усилением нейрогенеза. Однако увеличение притока крови должно иметь более широкие последствия для функционирования мозга. Мы думаем, что, по крайней мере, в принципе, будет найден способ обратить вспять некоторые из когнитивных нарушений, развивающихся в процессе старения, возможно, даже с помощью всего одного белка. Совсем не исключено, что GDF11 [или препарат, разработанный на его основе] сможет замедлить развитие некоторых из когнитивных нарушений, связанных с болезнью Альцгеймера – заболеванием, основным фактором риска которого является само старение», – говорит профессор Рубин.

Возможно даже, что это может произойти без прямого изменения «бремени бляшек и клубков», то есть характерных признаков патологии болезни Альцгеймера. Таким образом, будущее лечение этого заболевания может быть комбинацией терапевтического препарата, уменьшающего количество бляшек и клубков, такого как антитела против β-амилоидного пептида, с потенциальным «усилителем» когнитивных функций, например, с GDF11.

В настоящее время исследователи ведут переговоры с представителями группы венчурного капитала, чтобы получить финансирование для проведения дополнительных доклинических исследований, необходимых для перехода к клиническим тестам на организме человека.

Оригинальные статьи

Restoring Systemic GDF11 Levels Reverses Age-Related Dysfunction in Mouse Skeletal Muscle

Vascular and Neurogenic Rejuvenation of the Aging Mouse Brain by Young Systemic Factors

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (7 votes)
Источник(и):

http://hms.harvard.edu/…blood-5-5-14