Skrytý spínač prežitia môže byť dôvodom, prečo sa starnúce svaly hoja pomalšie, a jeho vypnutie spôsobí, že sa staré kmeňové bunky opäť správajú ako mladé.
Starnúce svalové kmeňové bunky hromadia vysoké hladiny proteínu. Zdroj: iStock/undrey
Starnutie často so sebou prináša riziko pomalšieho zotavovania sa zo zranení. Vedci možno odhalili dôležitý dôvod, prečo to tak je. Nová štúdia vedcov z Kalifornskej univerzity v Los Angeles (UCLA) zistila, že starnúce svalové kmeňové bunky hromadia vysoké hladiny proteínu, ktorý spomaľuje ich schopnosť okamžite regenerovať a opravovať poškodené tkanivo. Zároveň sa zdá, že tento proteín pomáha bunkám odolávať náročným podmienkam, ktoré panujú v starnúcich svaloch.
Výskum, uverejnený v časopise Science, naznačuje, že niektoré biologické zmeny spojené so starnutím nemusia byť len príznakmi úpadku. Namiesto toho môžu slúžiť ako ochranné adaptácie, ktoré pomáhajú bunkám prežiť.
„Kmeňové bunky, ktoré prežijú starnutie, môžu byť v skutočnosti tie najmenej funkčné. Neprežívajú preto, že sú vo svojej práci najlepšie, ale preto, že sú najlepšie v prežívaní. To nám poskytuje úplne iný pohľad na pochopenie toho, prečo tkanivá s vekom upadajú,“ uviedol Thomas Rando, hlavný autor štúdie a riaditeľ Centra regeneratívnej medicíny a výskumu kmeňových buniek Eliho a Edythe Broadovcov UCLA.
Proteín, ktorý brzdí rast buniek
Vedci pod vedením postdoktorandov Jengmin Kangovej a Daniela Benjamina porovnali svalové kmeňové bunky odobraté mladým a starým myšiam. Zistili, že hladiny proteínu známeho ako NDRG1 s vekom dramaticky stúpali a v starších bunkách dosahovali 3,5-násobne vyššie koncentrácie.
NDRG1 funguje ako brzda vnútri bunky. Potláča signálnu dráhu nazývanú mTOR, ktorá za normálnych okolností podporuje aktiváciu a rast buniek. Ide o kľúčový stresový proteín, ktorý reguluje bunkový rast, diferenciáciu a odpoveď na hormonálne signály.
Aby vedci zistili, či NDRG1 prispieva k spomaleniu regenerácie svalov, rozhodli sa preskúmať myši, ktoré prirodzene zostarli približne na úroveň zodpovedajúcu 75 ľudským rokom. Keď zablokovali aktivitu NDRG1, staršie svalové kmeňové bunky rýchlo nadobudli mladistvé správanie, stali sa aktívnejšími a zlepšili regeneráciu svalov po poranení.
Toto zlepšenie však malo aj nevýhodu. Bez ochranných účinkov, ktoré poskytuje NDRG1, zostávalo v priebehu času nažive menej kmeňových buniek. V dôsledku toho sa po opakovaných poraneniach tkanivo stalo menej schopným regenerácie.
Hlavný autor štúdie Thomas Rando tento proces prirovnal k behu, konkrétne k rozdielom medzi maratónom a šprintom. „Kmeňové bunky mladých zvierat sú hyperaktívne. Sú naozaj dobré v tom, čo robia, teda v šprinte, ale z dlhodobého hľadiska nie sú vhodné. Zvládnu beh na určitú vzdialenosť, ale nevydržia ani polovicu maratónu. Naopak, staršie kmeňové bunky sú ako maratónski bežci. Reagujú pomalšie, ale sú lepšie pripravené na dlhú vzdialenosť. To, čo ich však robí takými výkonnými na dlhých vzdialenostiach, je presne to, čo ich robí slabými v šprinte,“ uviedol Thomas Rando.
Výskumníci potvrdili svoje výsledky pomocou viacerých rôznych metód. Skúmali svalové kmeňové bunky mladých i starých myší v laboratórnych kultúrach, ako aj v živom tkanive. Počas experimentov sa tento vzorec nezmenil. Vyššie hladiny NDRG1 znižovali schopnosť buniek rýchlo aktivovať a regenerovať svalové tkanivo, zároveň však zvyšovali ich odolnosť a dlhodobé prežitie.
Šetria sa na horšie časy
Podľa výskumníkov môže byť nárast hladiny NDRG1 spôsobený tým, čo opisujú ako skreslenie spôsobené prežitím buniek – kmeňové bunky s nedostatočnou hladinou NDRG1 postupom času pomaly miznú, pričom za sebou zanechávajú novú populáciu buniek, ktorá prežíva lepšie, ale je oveľa pomalšia.
„Niektoré zmeny súvisiace so starnutím, ktoré vyzerajú ako škodlivé – napríklad pomalšia oprava tkanív –, môžu byť v skutočnosti nevyhnutnými kompromismi, ktoré zabraňujú úplnému vyčerpaniu zásoby kmeňových buniek,“ vysvetľuje Thomas Rando.
Výskumníci porovnávajú tento jav s kompromismi, ktoré možno pozorovať v celej prírode. V náročných podmienkach, ako je sucho, hladomor alebo extrémna zima, zvieratá často presúvajú zdroje skôr na mechanizmy prežitia, ako je hibernácia, než na reprodukciu. Svalové kmeňové bunky môžu s pribúdajúcim vekom robiť niečo podobné, teda v prípade núdze či ohrozenia vytvárať nové bunky, aby prežili.
Pozrite si
Tieto zistenia by mohli pomôcť nasmerovať budúce úsilie zamerané na vývoj terapií, ktoré zlepšujú regeneráciu tkanív a zároveň zachovávajú prežívanie kmeňových buniek. Autori štúdie však varujú, že posilnenie jedného aspektu funkcie kmeňových buniek môže mať nežiaduce dôsledky. Napríklad dokážeme na nejaký čas zlepšiť funkciu starnúcich buniek v určitých tkanivách, čo je však pomerne finančne nákladné a môže to so sebou prinášať aj negatívne dôsledky.
Tím plánuje pokračovať v štúdiu molekulárnych mechanizmov, ktoré určujú, ako kmeňové bunky počas starnutia vyvažujú prežitie a výkonnosť. Spomínaný gén im umožňuje pochopiť, čo riadi tieto funkcie kľúčové nielen pre evolúciu druhov, ale i pre starnutie tkanív jedincov.
Zdroje: National Library of Medicine, Science Daily
(RR)
