Ученые из Мемориального онкологического центра Слоана-Кеттеринга в Нью-Йорке нашли способ «взломать» внутренние часы клеток. Точнее, они смогли преодолеть эпигенетический барьер, который регулирует зрелость нейронов. Но таким способом можно будет повлиять и на другие клетки — например, бета-клетки поджелудочной железы. Результаты опубликовали в журналах Nature и Nature Biotechnology.
Созревание и старение клеток регулируется эпигенетически. Последовательность ДНК не меняется, но меняется экспрессия генов — например, блокируется или снижается. В своем исследовании ученые проанализировали, какие биоактивные молекулы влияют на экспрессию генов, стимулируют или ингибируют ее. По итогам анализа они создали комбинацию из четырех компонентов, стимулирующих созревание нейронов.
Получившийся медиаторный коктейль назвали GENtoniK. Примечательно, что это не смесь факторов роста или иных естественных медиаторов – это комбинация низкомолекулярных соединений. Смесь подавляет эпигенетические факторы, замедляющие созревание клеток, и стимулирует факторы, способствующие этому процессу. В результате созревание происходит быстрее и/или не замедляется со временем.
В рамках исследования авторы провели ряд экспериментов на клеточных культурах. Исследователи использовали GENtoniK для ускорения зрелости кортикальных нейронов и спинальных моторных нейронов. В дальнейших исследованиях оказалось, что данная смесь стимулирует развитие других типов клеток, включая меланоциты и панкреатические бета-клетки.
Эксперимент с кортикальными нейронами показал, что GENtoniK ускоряет процесс созревания. А значит, может стимулировать кортикальный нейрогенез, нарушенный в случае некоторых заболеваний — аутизма, например. Спинальные моторные нейроны «созрели» быстрее контрольной группы клеток, которая содержалась в стандартных условиях. Восстановление спинномозговых нервных волокон очень обнадеживает: возможно, получится приблизиться к реабилитации пациентов с травмами спинного мозга, которые пока имеют мало возможностей вернуться к нормальной двигательной активности.
Создание GENtoniK представляет собой значительный прорыв в стимуляции созревания клеток. Этот метод может быть полезен для моделирования различных медицинских состояний, включая расстройства, связанные со снижением синаптической связности, такие как аутизм. Однако, для создания моделей нейродегенеративных заболеваний требуется дальнейшее исследование процессов созревания и, главное, старения нейронов.
Авторы отмечают, что их средство не только помогает быстрее довести нейроны до взрослого состояния, но может оказать такое же влияние на бета-клетки поджелудочной железы. Возможно, это станет предметом исследований в области диабета.
Текст: Дарья Тюльганова
An epigenetic barrier sets the timing of human neuronal maturation by Gabriele Ciceri et al. in Nature. Published January 2024. https://doi.org/10.1038/s41586-023-06984-8
Combined small-molecule treatment accelerates maturation of human pluripotent stem cell-derived neurons by Emiliano Hergenreder et al. Published January 2024. https://doi.org/10.1038/s41587-023-02031-z
