Омоложение стволовых клеток мыши

Их результаты были опубликованы сегодня в журнале Cell. Все клетки, составляющие наши органы, происходят из стволовых клеток. Они делятся, и полученные клетки развиваются в специфические тканевые клетки, образуя мозг, легкие или костный мозг. Однако с возрастом стволовые клетки живых организмов теряют способность размножаться. Многие из них переходят в постоянное состояние покоя.

Чтобы создать как можно более точные вычислительные модели поведения стволовых клеток, группа вычислительной биологии LCSB во главе с профессором Антонио де Сол применила новый подход. «Стволовые клетки живут в нише, где они постоянно взаимодействуют с другими клетками и внеклеточными компонентами. Очень тяжело смоделировать такое множество сложных молекулярных взаимодействий на компьютере. Тогда мы посмотрели под другим углом. Мы перестали думать о том, какие внешние факторы воздействовали на стволовые клетки, и начали думать о том, каким будет внутреннее состояние стволовой клетки в ее точно
определенной нише”.

Новый подход привел к появлению новой вычислительной модели, разработанной доктором Срикантом Равичандраном из группы вычислительной биологии: «Наша модель может определить, какие белки ответственны за функциональное состояние данной стволовой клетки в ее нише – то есть, будет ли она делиться или оставаться в состоянии покоя. Наша модель опирается на информацию о том, какие гены транскрибируются. Современные технологии клеточной биологии позволяют распространять экспрессию генов при разрушении одной клетки».

Ранее было неизвестно, почему большинство стволовых клеток в мозге старых мышей остаются в состоянии покоя. В их вычислительной модели исследователи из LCSB идентифицировали молекулу, называемую sFRP5, которая сохраняет нейрональные стволовые клетки неактивными у старых мышей и предотвращает пролиферацию, блокируя путь Wnt, необходимый для дифференцировки клеток.

После этого пригодился многолетний опыт в области невральных стволовых клеток сотрудников в Немецком центре исследования рака (DKFZ): изучая стволовые клетки сначала в лабораторной чашке, а затем непосредственно на мышах, они могли экспериментально проверить вычислительный прогноз. При нейтрализации действия sFRP5 покоящиеся стволовые клетки действительно начали более активно распространяться. Таким образом, они были снова доступны для пополнения процессов старения мозга. «С дезактивацией sFRP5 клетки подвергаются некоторому омоложению, в результате соотношение активных и неактивных стволовых клеток в мозге старых мышей становится почти таким же благоприятным, как и у молодых животных» – говорит г-н де Сол.

«Наши результаты представляют собой важный шаг на пути к применению терапии на основе стволовых клеток, например, при нейродегенеративных заболеваниях», – говорит Антонио де Сол. «Мы смогли показать, что с помощью вычислительных моделей можно выявить существенные признаки, характерные для определенного состояния стволовых клеток». Этот подход не ограничивается изучением мозга. Он также может быть использован для моделирования стволовых клеток других органов в организме. «Мы надеемся, что это откроет возможности для регенеративной медицины», – говорит де Сол.

Georgios Kalamakis, Daniel Brüne, Srikanth Ravichandran, Jan Bolz, Wenqiang Fan, Frederik Ziebell, Thomas Stiehl, Francisco Catalá-Martinez, Janina Kupke, Sheng Zhao, Enric Llorens-Bobadilla, Katharina Bauer, Stefanie Limpert, Birgit Berger, Urs Christen, Peter Schmezer, Jan Philipp Mallm, Benedikt Berninger, Simon Anders, Antonio del Sol, Anna Marciniak-Czochra, Ana Martin-Villalba.

Quiescence Modulates Stem Cell Maintenance and Regenerative Capacity in the Aging Brain.

Cell, 2019; DOI: 10.1016/j.cell.2019.01.040