Клетки «зомби» все еще живы, но не могут функционировать, и они накапливаются с возрастом

Повреждение концов хромосом может привести к образованию "клеток-зомби", которые все еще живы, но не могут функционировать, говорится в недавно опубликованном исследовании в журнале Nature Structural and Molecular Biology.

Когда клетки готовятся к делению, их ДНК плотно обматывается вокруг белков, образуя хромосомы, которые обеспечивают структуру и поддержку генетического материала. На концах хромосом находятся повторяющиеся участки ДНК, называемые теломерами, которые образуют защитный колпачок, предотвращающий повреждение генетического материала.

Однако теломеры укорачиваются при каждом делении клетки. Это означает, что с возрастом, когда клетки делятся все чаще и чаще, теломеры становятся все короче и чаще теряют свою способность защищать ДНК.

Повреждение генетического материала может привести к мутациям, из-за которых клетки начинают бесконтрольно делиться, что приводит к раку.

Однако клетки избегают рака, когда их теломеры становятся слишком короткими после того, как они делятся слишком много раз и потенциально накапливают повреждения по пути, переходя в зомбиподобное состояние, которое останавливает клетки от деления через процесс, называемый клеточным старением.

Поскольку они устойчивы к смерти, сенесцентные — или "зомбированные" — клетки накапливаются с возрастом. Они могут быть полезны для здоровья, поскольку способствуют старению близлежащих клеток, подверженных риску стать раковыми, и привлекают иммунные клетки для уничтожения раковых клеток.

Но они также могут способствовать развитию заболеваний, нарушая заживление тканей и иммунную функцию, а также выделяя химические вещества, способствующие воспалению и росту опухолей.

Мы хотели узнать, может ли прямое повреждение теломер быть достаточным для запуска процесса старения и создания клеток-зомби. Чтобы выяснить это, нам нужно было ограничить повреждение только теломерами.

Поэтому мы прикрепили белок к теломерам человеческих клеток, выращенных в лаборатории. Затем мы добавили к белку краситель, который сделал его чувствительным к свету.

Свет дальнего красного света (или света с длиной волны немного короче инфракрасного) побуждает белок производить свободные радикалы кислорода — высокореактивные молекулы, которые могут повреждать ДНК — прямо на теломеры, щадя остальную часть хромосомы и клетки.

Мы обнаружили, что прямого повреждения теломер было достаточно, чтобы превратить клетки в зомби, даже если эти защитные колпачки не были укорочены. Причина этого, как мы выяснили, скорее всего, кроется в нарушении репликации ДНК в теломерах, что делает хромосомы еще более восприимчивыми к повреждениям и мутациям.

Почему это важно

Теломеры естественным образом укорачиваются с возрастом. Они ограничивают количество делений клетки, сигнализируя клеткам о необходимости стать зомби, когда они достигают определенной длины.

Но избыток свободных радикалов, образующихся как в результате нормальных процессов в организме, так и под воздействием вредных химических веществ, таких как загрязнение воздуха и табачный дым, может привести к состоянию, называемому окислительным стрессом, который может ускорить укорочение теломер.

Это может преждевременно запустить процесс старения и способствовать развитию возрастных заболеваний, включая иммунодефицит, сердечно-сосудистые заболевания, болезни обмена веществ и рак.

Наше исследование показывает, что теломеры служат не только в качестве будильника, сигнализирующего о том, что клетка делилась слишком много раз, но и в качестве предупреждающего звонка о вредном уровне окислительного стресса. Возрастное укорочение теломер — не единственное, что запускает процесс старения; повреждения теломер также достаточно, чтобы превратить клетку в зомби.

Какие еще исследования проводятся

Исследователи изучают методы лечения и вмешательства, которые могут защитить теломеры от повреждения и предотвратить накопление клеток-зомби. В ряде исследований на мышах было установлено, что удаление клеток-зомби может способствовать здоровому старению, улучшая когнитивные функции, мышечную массу и функции, а также восстановление после вирусных инфекций.

Исследователи также разрабатывают препараты, называемые сенолитиками, которые могут либо убивать зомби-клетки, либо предотвращать их появление.

Что дальше

Данное исследование посвящено последствиям повреждения теломер в активно делящихся клетках, таких как клетки почек и кожи. Сейчас мы изучаем, как это повреждение отразится на клетках, которые не делятся, например, нейронах или клетках сердечной мышцы.

Хотя исследователи показали, что теломеры неделящихся клеток и тканей с возрастом становятся все более нефункциональными, неясно, почему это происходит, ведь теломеры не должны укорачиваться в первую очередь.The Conversation

Патриция Опреско, профессор экологического и профессионального здоровья, Университет медицинских наук Питтсбурга и Райан Барнс, постдокторский исследователь в области экологического и профессионального здоровья, Университет медицинских наук Питтсбурга.