Գիտնականները գտել են ծերացած բջիջները երիտասարդացնելու եղանակը՝ առանց ԴՆԹ-ն փոփոխելու

Խոսքը «ծերության դեմ դեղամիջոցի» և, առավել ևս, մարդու երիտասարդացման ապացուցված մեթոդի մասին չէ։ Այս աշխատանքի կարևորությունն այլ հարթությունում է. այն ամրապնդում է այն վարկածը, ըստ որի՝ բջջի որոշ տարիքային փոփոխություններ ոչ թե քայքայման անդառնալի հետևանք են, այլ կենսաբանական տեղեկատվության մասամբ վերականգնվող կորուստ։

Բջիջն ունի տեղեկատվության երկու մակարդակ։ Առաջինը գենոմն է՝ հենց ԴՆԹ-ի հաջորդականությունը։ Օրգանիզմի ողջ կյանքի ընթացքում այն մեծամասամբ մնում է անփոփոխ։ Երկրորդը էպիգենոմն է՝ քիմիական նշիչները և քրոմատինի կառուցվածքի փոփոխությունները, որոնք օգնում են բջջին որոշել, թե որ գեներն ակտիվացնել և որոնք ճնշել։ Այս համակարգը շատ ավելի ճկուն է և զգայուն տարիքի, վնասվածքների և շրջակա միջավայրի ազդեցությունների նկատմամբ։ Հենց սրա աստիճանական խանգարումն են հետազոտողները դիտարկում որպես ծերացման հնարավոր մեխանիզմներից մեկը։

Վարկածներից մեկի համաձայն՝ ծերացող բջջի խնդիրը միայն վնասվածքների կուտակումը չէ։ Ժամանակի ընթացքում այն սկսում է ավելի վատ պահպանել ու կարդալ բնականոն գործունեության համար անհրաժեշտ էպիգենետիկ տեղեկատվությունը։ Արդյունքում բջիջը կարծես գիտի նախնական տեքստը, բայց աստիճանաբար կորցնում է այն ճիշտ կարդալու ուղեցույցը։ Հետազոտության հեղինակներն այս երևույթն անվանում են էպիգենետիկ տեղեկատվության կորուստ։ Նրանց գաղափարն այն է, որ եթե հաջողվի վերականգնել այդ տեղեկատվությունը, ապա տարիքային փոփոխությունների մի մասը հնարավոր կլինի հետ շրջել։

Այս գաղափարի բանալին ի հայտ եկավ դեռ 2006 թվականին, երբ Շինյա Յամանական և նրա գործընկերները ցույց տվեցին, որ չորս գործոններ՝ OCT4-ը, SOX2-ը, KLF4-ը և c-MYC-ը, կարող են վերածրագրավորել հասուն բջիջները և դրանք վերադարձնել սաղմնայինին մոտ վիճակի։ Այդ սպիտակուցները ստացան «Յամանակայի գործոններ» անվանումը։

Սակայն, եթե հասուն բջիջն ամբողջությամբ վերածրագրավորվի, այն կդադարի լինել, օրինակ, մաշկի բջիջ և ձեռք կբերի ինդուկցված պլյուրիպոտենտ ցողունային բջջի հատկություններ։ Վերականգնողական բժշկության համար սա կարող է օգտակար լինել, բայց միևնույն ժամանակ՝ վտանգավոր. ամբողջական վերածրագրավորումը հանգեցնում է բջջային ինքնության կորստի և անվերահսկելի աճի ռիսկի։ Ուստի գիտնականներն ավելի նուրբ ճանապարհ ընտրեցին։

Ամբողջական վերածրագրավորման փոխարեն նրանք օգտագործեցին ընդամենը երեք գործոն՝ OCT4, SOX2 և KLF4 (կամ պարզապես՝ OSK)՝ բացառելով ուռուցքածին c-MYC-ը։ Կենդանիների վրա կատարված նախորդ փորձերում այս մոտեցումն արդեն իսկ թույլ էր տվել վերականգնել հյուսվածքների երիտասարդ վիճակի որոշ նշաններ՝ առանց բջիջներն ամբողջությամբ ցողունայինի վերածելու։ Եվ այդ ժամանակ ծագեց գլխավոր հարցը. արդյոք անպայմա՞ն է բջիջների մեջ գեներ ներմուծել։

Գենետիկական թերապիան բարդ է, թանկ և պոտենցիալ վտանգավոր։ Այդ իսկ պատճառով հետազոտողները որոշեցին գտնել նմանատիպ գործընթաց սկսելու քիմիական եղանակ։ Նախևառաջ նրանց անհրաժեշտ էր երիտասարդ բջիջները ծերերից արագ տարբերելու մեթոդ։

Գիտնականների ուշադրության կենտրոնում հայտնվեց բջջի կորիզը՝ յուրօրինակ պաշտպանված մի արխիվ, որտեղ պահվում է ԴՆԹ-ն։ Տարիքի հետ կորիզի և ցիտոպլազմայի միջև սպիտակուցների փոխանակությունը խանգարվում է։ Կորիզաթաղանթը և դրա հետ կապված կառույցները սկսում են ավելի վատ գործել, իսկ կորիզի ու ցիտոպլազմայի պարունակությունը սխալ է բաշխվում։ Այս երևույթը կոչվում է կորիզա-ցիտոպլազմային տարանջատման խանգարում։

Հետազոտողները ստեղծեցին հատուկ համակարգ, որը թույլ էր տալիս հետևել այս գործընթացին ֆլուորեսցենտային ազդանշանների միջոցով։ Երիտասարդ բջիջներում սպիտակուցները մնում էին կորիզի և ցիտոպլազմայի միջև հստակ տարանջատված վիճակում։ Ծերացող և արդեն ծերացած (սենեսցենտ) բջիջներում այդ տիրույթների միջև սահմանը դառնում էր պակաս հստակ։ Ստացվեց բջջի տարիքի յուրօրինակ մի ցուցիչ, որը կարելի էր օգտագործել պոտենցիալ արդյունավետ նյութերի զանգվածային որոնման համար։

Գիտնականներն ընտրեցին այն քիմիական նյութերը, որոնք նախկինում արդեն օգտագործվել էին սովորական բջիջները ինդուկցված պլյուրիպոտենտ ցողունային բջիջները վերածրագրավորելու համար։ Ընդհանուր առմամբ նրանք փորձարկեցին 80 համադրություն։ Նախնական ընտրությունից հետո հետազոտողները կանգ առան վեց քիմիական «կոկտեյլների» վրա։ Դրանք բարելավում էին ծերացող բջիջների կորիզա-ցիտոպլազմային տարանջատման վիճակը։

Այս համադրությունների բաղադրության մեջ մտնում էին, ի թիվս այլնի, վալպրոաթթու, CHIR-99021, E-616452, ֆորսկոլին և այլ միացություններ, որոնք ազդում են բջջային ազդանշանային ուղիների աշխատանքի և քրոմատինի կարգավորման վրա։ Ամենաարդյունավետ տարբերակներից մեկը՝ VC6TF-ը, հատկապես ուժեղ ազդեցություն ցուցաբերեց կիրառվող համակարգում։ Բայց ամենակարևորը տեղի ունեցավ հետո։

Գիտնականները ստուգեցին ոչ միայն բջիջների արտաքին տեսքն ու կորիզի աշխատանքը։ Նրանք, ՌՆԹ-ի սեքվենավորման (հաջորդականության վերծանման) միջոցով, ուսումնասիրեցին հազարավոր գեներ միաժամանակ։ Պարզվեց, որ բոլոր վեց համադրություններն էլ փոխում էին գեների էքսպրեսիայի բնույթը՝ տարիքային փոփոխություններին հակառակ ուղղությամբ։

Միևնույն ժամանակ հետազոտողները չհայտնաբերեցին որևէ նշան, որը կվկայեր, թե մշակված բջիջները վերածվել են ինդուկցված պլյուրիպոտենտ ցողունային բջիջների։ Չհայտնաբերվեց նաև պլյուրիպոտենտության մի շարք մարկերների բնորոշ էքսպրեսիա։ Սա սկզբունքային կետ է։

Փորձի նպատակն ամենևին էլ հին բջջային ծրագիրը ոչնչացնելն ու զրոյից նոր բջիջ ստեղծելը չէր։ Գաղափարը մասնակի վերածրագրավորման մեջ էր. բջիջը վերադարձնել ավելի երիտասարդ վիճակի՝ պահպանելով դրա նախնական մասնագիտացումը։ Պարզ ասած՝ նրանք փորձել էին ոչ թե փոխարինել բջիջը, այլ պարզապես «հետ վերակարգավորել» այն։

Ամենատպավորիչ արդյունքը հետազոտողները ստացան, երբ բջիջները համեմատեցին տրանսկրիպտոմային ժամացույցի միջոցով․ սրանք մոդելներ են, որոնք գնահատում են կենսաբանական և ժամանակագրական տարիքը՝ ըստ գեների ակտիվության բնույթի։ Բոլոր վեց կոկտեյլներն էլ վիճակագրորեն նվազեցնում էին սենեսցենտ բջիջների տրանսկրիպցիոն տարիքը։ Երեք համադրություն, որոնք հիմնված էին մկների մոդելների վրա, տվեցին առավելագույն ուժեղ էֆեկտ։

Դրանցից մի քանիսի դեպքում բջիջների հաշվարկային ժամանակագրական տարիքը նվազեց ավելի քան երեք տարով՝ ընդամենը չորսօրյա ազդեցությունից հետո։ Բայց այստեղ շատ կարևոր է չընկնել աղմկոտ վերնագրերի ծուղակը։ «Մինուս երեք տարին» չի նշանակում, որ մարդը քառօրյա պրոցեդուրայից հետո կենսաբանորեն երեք տարով կերիտասարդանա։ Խոսքը լաբորատոր պայմաններում բջիջների տարիքի մոլեկուլային գնահատականի փոփոխության մասին է։ Այնուամենայնիվ, արդեն իսկ այն փաստը, որ նման արդյունք հաջողվել է ստանալ ընդամենը մի քանի օրում, վկայում է ծերացման բջջային ծրագրերի զարմանալի ճկունության մասին։

Գեների էքսպրեսիայի վերլուծությունը ցույց տվեց, որ քիմիական վերածրագրավորումն ազդել է ծերացման հետ կապված մի քանի գործընթացների վրա։ Բջիջներում ավելի ակտիվ էին գործում էներգետիկ նյութափոխանակության և միտոքոնդրիումների հետ կապված ուղիները, իսկ մի շարք բորբոքային ազդանշանների ակտիվությունը նվազում էր։ Դրանց թվում էին ինտերֆերոնների և JAK-STAT ազդանշանային ուղիները, որոնք կապված են ծերացող բջիջների բորբոքային սեկրետորային պրոֆիլի հետ։

Այլ կերպ ասած՝ փոփոխությունները պարզապես կոսմետիկ բնույթ չէին կրում։ Բջիջն սկսում էր գործել այնպիսի մոլեկուլային սցենարով, որն ավելի շատ հիշեցնում էր երիտասարդ բջջի վարքագիծ։

Ինչպես արդեն նշվեց, հետազոտությունն անցկացվել է նախևառաջ լաբորատոր պայմաններում գտնվող բջիջների վրա։ Գիտնականները դեռ պետք է պարզեն՝ որքան երկար է պահպանվում ստացված էֆեկտը, արդյոք այն աշխատում է բջիջների և հյուսվածքների այլ տեսակների դեպքում, ի՞նչ է տեղի ունենում ազդեցության դադարեցումից հետո, և ի վիճակի՞ է արդյոք նման մոտեցումն օրգանիզմի իրական ֆունկցիոնալ բարելավում ապահովել։ Գոյություն ունի նաև անվտանգության հիմնարար խնդիր։

Բջիջների ամբողջական վերածրագրավորումը կարող է հանգեցնել դրանց մասնագիտացման կորստի և անցանկալի աճի։ Ուստի, նախքան մարդկանց վրա փորձարկումներին անցնելը, ցանկացած քիմիական միջամտություն, որն ունակ է «երիտասարդացնել» բջիջը, պետք է ստուգվի տոքսիկության, հյուսվածքների կառուցվածքի խանգարումների և ուռուցքագոյացման ռիսկի տեսանկյունից։ Իրենք՝ հեղինակներն ընդգծում են, որ կլինիկական կիրառման մասին խոսելուց առաջ դեռևս անհրաժեշտ են հետազոտություններ իրականացնել կաթնասունների մի քանի մոդելների վրա։