Одной из перспективных стратегий в борьбе с широким спектром заболеваний является воздействие на стареющие, или так называемые «зомби-клетки». Эти клетки перестают размножаться, но, в отличие от здоровых, не выводятся из организма. Они обнаруживаются при многих патологиях, включая рак, болезнь Альцгеймера, а также в процессе естественного старения. Хотя ученые активно работают над способами их устранения или восстановления, главной проблемой до сих пор оставалось точное выявление этих клеток в живых тканях без повреждения соседних здоровых клеток.
Исследователи из Mayo Clinic, опубликовавшие свои результаты в журнале *Aging Cell*, представили новый метод маркировки стареющих клеток. Их подход основан на использовании аптамеров – коротких фрагментов синтетической ДНК, которые сворачиваются в трехмерные структуры. Эти структуры способны прикрепляться к белкам, расположенным на внешней поверхности клеток. В ходе экспериментов с мышиными клетками команда ученых идентифицировала несколько редких аптамеров, отобранных из более чем 100 триллионов случайных последовательностей ДНК, которые смогли распознать специфические поверхностные белки и пометить стареющие клетки.
«Этот подход заложил принцип, согласно которому аптамеры являются технологией, способной различать стареющие и здоровые клетки», – утверждает биохимик и молекулярный биолог Джим Махер III, доктор философии, ведущий исследователь проекта. – «Хотя это исследование является лишь первым шагом, полученные результаты позволяют предположить, что в конечном итоге этот подход может быть применен и к человеческим клеткам».
Идея, которая легла в основу этого проекта, зародилась во время неформального разговора между аспирантами Mayo Clinic. Кинан Пирсон, доктор философии, недавно получивший диплом в Высшей школе биомедицинских наук Mayo Clinic, работал с доктором Махером над применением аптамеров для лечения нейродегенеративных заболеваний или опухолей головного мозга. Тем временем, несколькими этажами выше, другой аспирант, Сара Джахим, доктор философии, в лаборатории исследователя Натана ЛеБрассера, доктора философии, изучала стареющие клетки и процессы старения.
Их пути пересеклись на научном мероприятии, где они обменялись идеями о своих диссертационных проектах. Доктор Пирсон задался вопросом, можно ли адаптировать аптамеры для обнаружения стареющих клеток. «Я считаю, что идея была хорошей, но я не знал, как подготовить стареющие клетки для тестирования, а это было областью экспертизы Сары», – вспоминает доктор Пирсон, который стал ведущим автором публикации.
Студенты представили свою концепцию своим научным руководителям и исследователю Даррену Бейкеру, доктору философии, чья работа сосредоточена на терапиях, направленных на стареющие клетки. Доктор Махер вспоминает, что поначалу эта идея показалась ему «безумной», но заслуживающей изучения. Все три наставника поддержали предложение. «Честно говоря, нам понравилось, что это была идея студентов и настоящая синергия двух областей исследований», – говорит доктор Махер.
По мере того, как первые эксперименты давали многообещающие результаты, к работе присоединились другие студенты из их лабораторий. Тогдашние аспиранты Брэндон Уилбэнкс, доктор философии, Луис Прието, доктор философии, и студентка-медик/доктор философии Кэролайн Доэрти внедрили новые методики, включая передовую микроскопию и работу с дополнительными типами тканей. «Это стало стимулом для приложения больших усилий, – отмечает доктор Джахим, – потому что мы понимали, что этот проект будет успешным».
Помимо разработки метода маркировки, исследование предоставило новые сведения о биологии стареющих клеток. «На сегодняшний день не существует универсальных маркеров, характеризующих стареющие клетки», – объясняет доктор Махер. – «Наше исследование было нацелено на открытый поиск целевых поверхностных молекул на стареющих клетках. Прелесть такого подхода заключается в том, что мы позволили аптамерам самим выбирать молекулы, к которым они будут связываться».
Команда обнаружила, что несколько аптамеров прикрепились к варианту белка под названием fibronectin на поверхности мышиных клеток. Ученые пока не знают, как этот вариант fibronectin связан со старением. Однако его обнаружение предполагает, что аптамеры могут помочь выявить уникальные особенности стареющих клеток.
Для надежного обнаружения стареющих клеток в тканях человека потребуется дальнейшая работа по поиску подходящих аптамеров. Если аптамеры удастся адаптировать для этой цели, их в конечном итоге можно будет использовать для целенаправленной доставки терапевтических средств непосредственно к этим клеткам. Доктор Пирсон отмечает, что аптамеры менее затратны и более гибки, чем традиционные антитела, которые обычно используются для различения типов клеток.
«Этот проект продемонстрировал новую концепцию, – резюмирует доктор Махер. – Будущие исследования могут расширить этот подход на применение, связанное со стареющими клетками при различных заболеваниях человека».
