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».

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».

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