Найден неожиданный ключ к восстановлению тканей

Молодые особи животных известны своей способностью без труда восстанавливать ткани организма, но можно ли эту способность вернуть взрослым? Результаты исследования участников программы Стволовые Клетки (Stem Cell Program) Детского Госпиталя Бостона (Boston Children's Hospital, США) свидетельствуют о том, что это возможно. Реактивировав спящий ген Lin28a, активный в эмбриональных стволовых клетках, исследователи смогли восстановить хрящ, кость, кожу и другие мягкие ткани у мышей.

Ученые установили, что Lin28a способствует восстановлению ткани, в частности, за счет усиления метаболизма (обмена веществ) в митохондриях – энергетических органоидах клетки. Это говорит о том, что функция клеток, заключающаяся в «поддержании домашнего хозяйства», может открыть новые пути к разработке восстановительного лечения. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell.

«Попытки улучшить восстановление тканей в основном оказываются неудачными, но воздействие на метаболизм является новой стратегией, которая, как мы надеемся, окажется успешной», - говорит главный исследователь Джордж К. Дэйли (George Q. Daley), доктор философии, директор Программы Трансплантации Стволовых Клеток (Stem Cell Transplantation Program) Детского Госпиталя Бостона и исследователь Медицинского Института Ховарда Хьюса (Howard Hughes Medical Institute, США).

«Большинство естественным образом полагает, что основными участниками процесса восстановления тканей после повреждения являются факторы роста, но мы установили, что лимитирующим фактором является основной метаболизм клеток, - добавляет аспирант Ши-Чанг Нг (Shyh-Chang Ng), один из первых авторов публикации наряду с доктором медицины Хао Жу (Hao Zhu), член лаборатории Дэйли, - Реактивировав ген Lin28a, активный в ходе быстрой фазы роста эмбрионов, мы отметили повышенную скорость метаболизма».

Lin28, впервые открытый у червей, функционирует во всех более сложных организмах. Он особенно активен в эмбриональных стволовых клетках, обильно экспрессируется на этапе раннего эмбрионального развития и используется в методах in vitro для перепрограммирования клеток кожи в стволовые клетки. Его действие заключается в связывании РНК и регуляции трансляции генетической информации в белки.

Чтобы понять, как Lin28a способствует восстановлению ткани, исследователи систематически проверяли, с какими специфическими РНК он связывается. Изначально внимание исследователей было обращено на малую РНК Let-7, стимулирующую созревание и старение клеток.

«Мы были уверены, что Let-7 является частью механизма. Но что-то еще было вовлечено в этот процесс», - отмечает Ши-Чанг.

Исследователи установили, что Lin28a также усиливает продукцию метаболических ферментов в митохондриях. Увеличив биоэнергетику клетки, ученые обнаружили, что Lin28a помогает вырабатывать энергию, необходимую для стимуляции и роста новых тканей.

«Нам уже было известно, что накопление дефектов митохондриального метаболизма может привести к старению многих клеток и тканей, - рассказывает Ши-Чанг, - Мы показали обратное: повышение метаболизма митохондрий может запустить восстановление и регенерацию ткани, повторно активировав важную репаративную способность молодых организмов».

Дальнейшие эксперименты показали, что направленная активация митохондриального метаболизма с низкомолекулярными веществами без участия Lin28a также оказывает эффект на усиление восстановления ран. Это позволяет предположить возможность индуцирования восстановления ткани с помощью лекарственных препаратов.

«Поскольку самостоятельное попадание в клетку Lin28 является проблемой, то возможность активировать митохондриальный метаболизм с помощью медикаментов дает нам надежду на успех», - говорит Ши-Чанг.

Lin28а не является универсальным индуктором восстановления всех тканей. Например, сердечная ткань показала небольшой эффект. Кроме того, исследователи смогли усилить вторичный рост кончиков пальцев новорожденных мышей, но не могли добиться этого у взрослых животных.

«Lin28a мог бы быть ключевым фактором в составе лечебного «коктейля», - говорит Ши-Чанг, - но существуют и другие эмбриональные факторы, которые еще предстоит найти».

По материалам Boston Children's Hospital

Оригинальная статья:
Ng Shyh-Chang, Hao Zhu, T. Yvanka de Soysa, Gen Shinoda, Marc T. Seligson, Kaloyan M. Tsanov, Liem Nguyen, John M. Asara, Lewis C. Cantley, George Q. Daley. Lin28 Enhances Tissue Repair by Reprogramming Cellular Metabolism. Cell, 2013; 155 (4): 778 DOI: 10.1016/j.cell.2013.09.059