Американські та швейцарські дослідники зробили важливе відкриття, про яке повідомляється в журналі Nature Aging, що тривале клітинне перепрограмування у мишей призводить до серйозних проблем зі здоров’ям, включаючи дисфункцію печінки і кишечника, втрату ваги і прискорену смертність. Однак у трансгенних мишей, у яких в печінці і кишечнику не експресувалися фактори Яманака, цих ранніх летальних випадків вдалося уникнути, і спостерігалися ознаки зниження біологічного віку. Ці миші могли б стати ключем до подальшого розуміння регенерації тканин, омолодження організму та побічних ефектів перепрограмування клітин in vivo.
Дизайн трансгенних мишей, Alberto Parras et al. / Nature Aging, 2023
Індукція факторів Яманака (Oct4, Sox2, Klf4 та c-Myc, або OSKM) у зрілих соматичних клітинах широко використовується для перепрограмування їх у індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (IPSC) in vitro. У 2013 році команда під керівництвом іспанського дослідника Мануеля Серрано вперше ініціювала експресію цих факторів у живих мишей. Результатом стала поява в їх організмі ембріоноподібних стовбурових клітин, а також нестримних ракових пухлин і тератом, що призводять до швидкої смерті.
Через три роки група під керівництвом Хуана Карлоса Іспісуа Бельмонте з Інституту Солка успішно продовжила тривалість життя мишей зі штучно прискореним старінням (модель прогерії) шляхом періодичної активації OSKM. У січні 2023 року команда Ноа Девідсона з Rejuvenate Bio повідомила про успішне перепрограмування клітин для поліпшення здоров’я та продовження життя у дуже старих мишей. Однак механізми різноманітних ефектів OSKM та побічні ефекти їх експресії залишаються недостатньо вивченими.
Щоб дослідити ці механізми, Алехандро Окампо, який раніше працював у групі Бельмонте, та колеги з Лозаннського університету, Каліфорнійського університету, Epiterna sa та Altos Labs провели порівняльний аналіз двох добре вивчених ліній трансгенних мишей, здатних до штучного перепрограмування клітин: 4Fj (що експресують OSKM, за винятком c-Myc) та 4FS-B (що виражає всі OSKM). Коли експресію транскрипційного фактора індукували у двомісячному віці, тварини в обох групах, як і очікувалося, починали вмирати протягом трьох днів, при середній тривалості життя 5 і 10 днів відповідно.
У цих мишей не було виявлено ні раку, ні терату, що свідчить про те, що смерть була спричинена іншими факторами. Біохімічні та гістологічні аналізи живих та померлих трансгенних мишей виявили широко поширений апоптоз, атрофію тканин та порушення функції печінки, підшлункової залози та тонкої кишки, більш виражені у мишей 4FJ. Таким чином, фенотипічні порушення і передчасна загибель в результаті перепрограмування клітин, ймовірно, були викликані дефіцитом внутрішніх органів, а не зростанням пухлини. Селективна індукція OSKM в печінці або кишечнику показала, що дисфункції в цих органах безпосередньо є результатом такої індукції і достатні для того, щоб викликати швидку втрату ваги і смерть.
- Інформація краще запам’ятовується на порожній шлунок
- Вчені знайшли в Індонезії стародавній камінь з картою Сонячної системи
- Фізики створюють «світлові урагани», щоб прискорити передачу даних
Розуміючи це, дослідники створили трансгенних мишей, що експресують OSKM по всьому тілу, за винятком печінки або кишечника. Це показало, що експресія фактора Яманака в кишечнику відповідає за ранні побічні ефекти перепрограмування in vivo, такі як діарея, низька фізична активність та втрата ваги, тоді як у печінці це призводить до важкої органної недостатності та є основною причиною смерті у перепрограмованих мишачих лініях.
При індукованій експресії OSKM у всьому організмі, за винятком печінки та кишечника, середня тривалість життя цих тварин після індукції зросла до 30 днів, максимум 52 дні, що значно перевищило результати попередніх довгострокових експериментів з перепрограмування. Рання смерть (протягом 15 днів після індукції) була викликана анемією з тромбоцитопенією, а пізніша смерть – недостатністю підшлункової залози. Експерименти з варіацією тривалості експресії OSKM у цих тварин показали, що протокол індукції тривалістю 7-10 днів є найбільш безпечним. Використання цього Протоколу у мишей середнього віку (10 місяців) не викликало суттєвих побічних ефектів і згодом знизило біологічний вік серця, селезінки, нирок і головного мозку, виміряний за допомогою “епігенетичних годин”.
На закінчення, індукція експресії OSKM по всьому організму, виключаючи печінку та кишечник, є життєздатною моделлю для довгострокових досліджень різних ефектів перепрограмування in vivo. Отримані результати також свідчать про те, що протоколи селективного та тимчасового перепрограмування можуть уповільнити або навіть змінити процеси старіння в організмі, підсумовують автори.