Stare celice ali “zombi celice” so edinstvene v tem, da se sčasoma prenehajo razmnoževati, vendar ne umrejo, kot je bilo pričakovano.

Raziskovalci so odkrili novo pot za nastanek “zombi celic”, ki spodbujajo staranje.

Stare celice ali celice, ki so izgubile sposobnost delitve, se s staranjem razmnožujejo in pomembno prispevajo k boleznim, povezanim s staranjem, kot so rak, demenca in bolezni srca. V novi študiji je skupina pod vodstvom Univerza v Pittsburghu In raziskovalci na UPMC Hillman Cancer Center so odkrili metodo, s pomočjo katere se razvijajo starajoče se ali “zombi” celice.

Patricia Opresco, profesorica okoljskega in poklicnega zdravja ter farmakologije in kemijske biologije na Univerzi v Pittsburghu in sovodja programa za stabilnost genoma v UPMC Hillman Cancer Center. avtorstvo: Patricia Opresco

Študija, ki je bila nedavno objavljena v reviji Narava, strukturna in molekularna biologija, prvič dokazuje, da lahko oksidativne poškodbe telomer – obrambnih konic kromosomov, ki se obnašajo kot plastični pokrovčki na koncu vezalke – povzročijo celično staranje. Ta odkritja lahko sčasoma povzročijo nova zdravljenja, ki spodbujajo zdravo staranje ali boj proti raku.

“Zombi celice so še vedno žive, vendar se ne morejo deliti, zato ne pomagajo pri ponovni rasti tkiv,” je povedala višja avtorica Patricia Opresco, doktorica znanosti, profesorica farmakologije in kemijske biologije na Environmental and Occupational Health and Pitt. “Čeprav zombi celice ne delujejo pravilno, niso kavč krompir – aktivno izločajo kemikalije, ki spodbujajo vnetje in poškodujejo sosednje celice. Naša študija pomaga odgovoriti na dve veliki vprašanji. Je: kako se starajoče se celice kopičijo s starostjo in kako telomeri prispevajo k temu?”

Ko se zdrava človeška celica deli v dve enaki celici, malo DNK Konci vsakega kromosoma so okrnjeni, zaradi česar se telomeri z vsako delitvijo skrajšajo. Ni pa znano, ali se lahko celica v človekovem življenju tolikokrat razdeli, da so njene telomere popolnoma poškodovane, kar povzroči stanje, podobno zombiju. Znanstveniki že desetletja vedo, da skrajšanje telomer vodi do staranja v laboratorijsko vzgojenih celicah, vendar lahko samo domnevajo, da lahko poškodbe DNK na telomerah spremenijo celice v zombije.

Te hipoteze prej ni bilo mogoče preizkusiti, ker so bile tehnike, uporabljene za poškodovanje DNK, nespecifične, kar je povzročilo poškodbe celotnega kromosoma.

“Naše novo orodje je kot molekularni ostrostrelec,” je pojasnil prvi avtor Ryan Barnes, Ph.D., podoktorski sodelavec v Oprescovem laboratoriju. “Posebej povzroča oksidativno škodo na telomerih.”

Kromosomi v obliki črke X so obarvani vijolično, telomeri pa so videti kot zelene lise na konicah kromosomov. Ko so raziskovalci uporabili novo orodje za induciranje oksidativne poškodbe posebej na telomerih, so lahko postale krhke (zelene puščice), zaradi česar so celice propadle. Vložek prikazuje podolgovat kromosom s krhkimi telomerami, predstavljenimi z več zelenimi pikami na konicah kromosomov. avtorstvo: Barnes et al., Strukturna in molekularna biologija narave(2022)

Da bi razvili to vrsto strelčeve natančnosti, je ekipa uporabila poseben protein, ki se specifično veže na telomere. Ta beljakovina deluje kot rokavica za lovljenje, saj zajame na svetlobo občutljivo barvilo “baseball”, ki so ga raziskovalci razpršili v celico. Ko se barvilo aktivira s svetlobo, proizvaja DNA-škodljive reaktivne kisikove molekule. Ker se beljakovina, ki lovi barvo, veže le na telomere, aparat posebej ustvari lezije DNK na konicah kromosomov.

Ryan Barnes, doktor znanosti, podoktorski sodelavec na Univerzi v Pittsburghu. avtorstvo: Ryan Barnes

Raziskovalci so z uporabo človeških celic, gojenih v posodi, ugotovili, da je poškodba telomeraze poslala celice v stanje zombija že po štirih dneh – veliko hitreje kot tedni ali meseci ponavljajočih se celičnih delitev. , ki povzroči staranje s skrajšanjem telomera. ,

“Našli smo nov mehanizem za induciranje starajočih se celic, ki je popolnoma odvisen od telomeraze,” je pojasnil Opresco, ki sovodi program za stabilnost genoma pri UPMC Hillman. “Te ugotovitve rešujejo tudi uganko, zakaj neaktivni telomeri niso vedno krajši od funkcionalnih.”

Sončna svetloba, alkohol, kajenje, slaba prehrana in drugi dejavniki proizvajajo reaktivne molekule kisika, ki poškodujejo DNA. Celice imajo popravljalne poti za popravilo lezij DNK, vendar so po besedah ​​Opressa telomeri “izjemno občutljivi” na oksidativne poškodbe. Raziskovalci so ugotovili, da je poškodba telomerov motila replikacijo DNK in povzročila signalne poti stresa, ki vodijo v staranje.

“Zdaj, ko razumemo ta mehanizem, lahko začnemo testirati intervencije za preprečevanje staranja,” je dejal Barnes. “Na primer, morda obstajajo načini za ciljanje antioksidantov za zaščito telomerov pred oksidativnimi poškodbami.”

Ugotovitve bi lahko prispevale tudi k razvoju novih zdravil, imenovanih senolitiki, ki delujejo na zombi celicah in jih ubijejo.

“Z zmanjšanjem kopičenja zombi celic, ki prispevajo k degenerativnim boleznim, bomo morda lahko spodbujali ‘zdravje’ – čas, v katerem je oseba zdrava,” je dejal.

Literatura: Ryan P. Barnes, Mariarosaria de Rosa, Sanjana A. Thoser, Ariana C. Detwiler, Vera Rosinskaya, Bennett Van Houten, Marcel P. Bruchez, Jacob Stewart-Ornstein in Patricia L. Opresco, 30. junij 2022, Strukturna in molekularna biologija narave.
DOI: 10.1038/s41594-022-00790-Y