Чарльз Дарвин говорил, что естественный отбор помогает выживать наиболее сильным особям, оставляя за бортом слабых. Позднее учёные выяснили, что это верно не только для животных, но и для некоторых механизмов, отвечающих за развитие органов, обеспечение жизнедеятельности тканей и процессы старения.
Так, оказалось, что клетки многоклеточного организма соревнуются за свои "права", в итоге менее приспособленные гибнут, чтобы сохранить ткани и органы "молодыми". Недавно группа японских исследователей под руководством Наны Лю (Nan Liu) из Токийского медико-стоматологического университета выяснила, как белок COL17A1 поощряет конкуренцию клеток, а также как это помогает сохранять молодость кожи.
Моделью для изучения процессов старения кожи человека стала кожа хвоста мыши. Специалисты объясняют, что кожа грызунов и человека во многом похожа.
Тут следует пояснить, что кожа млекопитающих состоит из двух частей: внешнего эпидермиса и внутренней дермы. Их разделяет тонкий слой внеклеточных белков под названием базальная мембрана.
Стволовые клетки или другие клетки-предшественники, расположенные в самом глубоком слое эпидермиса – базальном слое, дифференцируются в клетки эпидермиса. При этом клетки базального слоя прикреплены к базальной мембране при помощи структур под названием полудесмосомы.
Герой исследования – белок под названием коллаген типа XVII является одним из основных компонентов полудесмосом, а снижение его выработки – один из важных признаков старения кожи.
Белок кодируется геном COL17A1, поэтому специалисты называют его так же COL17A1.
Группа Лю определила, что количество полудесмосом в коже хвоста мышей уменьшается с возрастом, и это снижение коррелирует с низким содержанием COL17A1. Как выяснили учёные, уменьшение объёмов производства этого белка дестабилизирует другие компоненты полудесмосомы, что в конечном счёте препятствует образованию этих структур.
Оказалось, что COL17A1 является самым нестабильным компонентом полудесмосом у грызунов, а также эпидермальных клеток человека. COL17A1 быстро деградирует в ответ на несколько типов стресса, включая повреждение ДНК в результате воздействия ультрафиолетового света. Поэтому медики фиксируют так называемый эффект фотостарения кожи. (К слову, солнечный свет наносит вред коже даже в тени и полной темноте.)
Группа Лю также изучила судьбу эпидермальных клеток в базальном слое мышей. По мере старения животных эпидермальные стволовые клетки, которые экспрессируют высокий уровень COL17A1, размножаются преимущественно за счёт стволовых клеток с низким уровнем экспрессии COL17A1, и это делает эпидермальные клетки более клональными. Иными словами, они "ведут свой род" от меньшего количества разных стволовых клеток.
Что интересно, такой вывод согласуется с более ранним наблюдением: клетки крови пожилого человека также являются более клональными по сравнению с клетками крови более молодых людей.
Кроме того, специалисты использовали мышей, у которых выработка COL17A1 была отключена в некотором количестве эпидермальных клеток базального слоя. Оказалось, что нехватка белка в нескольких эпидермальных стволовых клетках вызвала конкуренцию клеток "за территорию".
Как объясняют учёные, "непригодные" клетки с низким содержанием COL17A1 не исчезали, но другие клетки оттесняли их от базального слоя, заменяя таким образом "пригодными" аналогами, которые создавали нужное количества белка.
Специалисты повторили этот эксперимент на клетках кожи человека, выводы оказались такими же. Уменьшение экспрессии COL17A1 в некоторых базальных эпидермальных клетках приводило при наличии рядом достаточного количества клеток, порождающих много белка, к оттеснению этих клеток от базальной мембраны. То есть между клетками возникала своего рода конкуренция.
Проще говоря, белок поощряет конкуренцию клеток, а этот процесс, в свою очередь, является ключевым для поддержания жизнедеятельности ткани. Всё это помогает эффективно "оттеснить" более слабые клетки, одновременно поощряя создание новых более сильных конкурентов.
Но старение, а также УФ-излучение ослабляют производство COL17A1. Когда же это происходит, более слабые клетки начинают размножаться, кожа истончается, становится более склонной к повреждениям и более медленному заживлению.
Авторы работы также попытались выяснить, смогут ли они стимулировать выработку столь важного белка уже после того, как клетки "выдохлись". Иными словами, они попробовали найти соединения, которые могли бы остановить и даже обернуть вспять старение кожи.
Японские специалисты выделили два соединения – Y27632 и апоцинин – и протестировали их на клетках кожи. Результаты оказались многообещающими.
Как пишут авторы работы, применение этих средств к ранам кожи способствовало заживлению ран. То есть результаты работы могут помочь в разработке способов "облегчения регенерации кожи и уменьшения её старения", добавляют учёные.
Специалисты также считают, что в дальнейшем необходимо провести дополнительные исследования механизмов клеточной конкуренции в других тканях. Так, ранее конкуренция клеток была изучена только у плодовых мух. Кроме того, важно найти соединения, способные помешать (пусть и на время) старению других тканей и органов.
Научная статья по итогам открытия опубликована в издании Nature.
К слову, ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о других исследованиях учёных, ищущих способ продлить молодость человека. Например, они советуют включить в свой рацион побольше грибов и не забывать про зарядку.
Кроме того, мы рассказывали про "вторую кожу", способную вернуть молодость (правда, пока ненадолго), и обнаружении белка, важного для здоровья сердца.
