Один из основных механизмов, используемых организмом для защиты от рака, – отключение дефектных клеток, заставляя их стареть; эти клетки не умирают, а перестают делиться: их жизненный цикл останавливается. Группа исследователей из Испанского национального центра исследования рака (CNIO) в Мадриде и еще одна из Центра геномной регуляции (CRG) в Барселоне обнаружили и публикуют в двух статьях в журнале Cell, что этот механизм отключения также имеет место у эмбрионов, но не как реакция на повреждение клеток, а как часть нормального процесса развития. По мере роста эмбриона, его тканей меняют форму и функции, старение отключает клетки, в которых больше нет необходимости. Эти выключенные клетки позже распознаются и удаляются особым типом клеток иммунной системы, известным как макрофаги. Возникновение старения во время эмбрионального развития имеет важное значение для понимания того, как тело растет и формируется.
"Мы обнаружили, что клеточное старение – это механизм ремоделирования тканей во время развития эмбриона", говорит Мануэль Серрано, руководитель группы подавления опухолей CNIO и руководитель исследования, первым автором которого является Даниэль Муньос-Эспин. "Развитие эмбриона – это процесс повторного использования: ткани, выполняющие одну функцию на одном этапе процесса, в дальнейшем используются для чего-то другого; в этом процессе редизайна есть клетки, которые больше не нужны, и один из способов избавиться от них – сделать их дряхлыми". Исследование CRG проводил Билл Киз, а первым автором является Мекайла Сторер.
Старение – один из наиболее изученных клеточных процессов из-за его связи с раком и старением. Его часто представляют как палку о двух концах: как защиту от рака, так и важную роль в старении организма. Однако авторы настоящего исследования предостерегают от упрощенного представления о том, что старение является следствием старения. "На мой взгляд, старение – это принципиально полезный процесс, целью которого у взрослых организмов является устранение поврежденных клеток", говорит Серрано, "происходит то, что, когда мы стареем, поврежденных клеток становится больше, и, следовательно, происходит большее старение". Другими словами, обвинять старение в старении – все равно что обвинять пожарных в пожарах только потому, что они всегда рядом с огнем.
Две новые статьи, опубликованные в Cell, предлагают новый взгляд на концепцию старения. Исследователи не только обнаружили старение эмбриона: они также идентифицировали гены, которые активируют и регулируют этот процесс, и изучили, что происходит, когда они экспериментально предотвращают старение. Чтобы отличить старение как защитный механизм от старения при нормальном эмбриональном развитии, они называют последний процесс запрограммированным старением.
Кроме того, они делают вывод с провокационной гипотезой: старение возникло в процессе эволюции как процесс развития, а позже изобретение было адаптировано как защитный механизм для взрослых организмов. "Концептуально мы добавляем клеточное старение к набору процессов, которые способствуют эмбриональному развитию", говорят авторы в Cell. "Это открывает возможность того, что клеточное старение возникло во время эволюции как процесс ремоделирования эмбриональной ткани, функция, которая позже превратилась в реакцию на повреждение и стресс".
Авторы CNIO работали с мышиными и человеческими эмбрионами, в то время как команда CRG работала с куриными и мышиными эмбрионами, и они наблюдали старение у трех видов. Они подчеркивают, что это "поддерживает идею о том, что старение широко распространено во время эмбрионального развития позвоночных".
Эмбриональные трансмутации
Старение оставляет в клетках характерный химический след. Исследователи CNIO искали его конкретно в двух структурах эмбриона: мезонефросе и эндолимфатическом мешке. Мезонефрос – это ткань, которая в процессе развития функционирует как почка, а затем почти полностью исчезает; то, что от него осталось, – это трубка, которая в конечном итоге формирует семявыносящий проток и придаток яичка, и участвует в образовании влагалища. Эндолимфатический мешок – важная структура внутреннего уха. Исследователи CRG решили сосредоточиться на формировании мозга и пальцев.
Что касается генов, участвующих в запрограммированном старении, оказывается, что они одинаковы для мезонефроса и эндолимфатического мешка: "Показательно, что два независимых процесса развития имеют не только один и тот же критический эффектор, но и одни и те же регуляторные пути", говорят авторы в своей статье в Cell.
Ген, активирующий этот процесс, в двух проанализированных структурах, а также в эмбрионах мыши и человека, называется p21. Таким образом, когда p21 не может действовать, старение отсутствует, и, несмотря на частичную компенсацию этого дефекта другими механизмами, можно обнаружить проблемы в формировании влагалища, например.
Что происходит в эмбриональных тканях после того, как запрограммированное старение отключило нежелательные клетки? Затем наступает очередь макрофагов, клеток защитной системы, которые устраняют бесполезные клетки, тем самым модифицируя ткань.
Авторы считают это первое исследование, открывающее новые горизонты. Вскоре, говорят они, запрограммированное старение будет обнаружено во многих других процессах развития.