Репрограммирование клеток впервые продлило жизнь здоровым мышам

Сразу две группы ученых проверили, может ли эпигенетическое репрограммирование клеток продлить жизнь мышам. Одна команда — под руководством известного биолога Дэвида Синклера — подтвердила, что ускоренное накопление эпигенетических изменений заставляет мышей стареть быстрее, чем обычно. Их отчет вышел в журнале Cell. Вторая группа — из компании Rejuvenate Bio — попробовала откатить эти эпигенетические изменения у здоровых пожилых мышей. Для этого им ввели вирусные векторы с факторами Яманаки — белками, которые запускают эпигенетическую перестройку генома в более «молодое» состояние. В результате мыши прожили в среднем 142,5 недели вместо обычных 133. Эта работа выложена на портале препринтов bioRxiv. Обе группы рассказали корреспонденту сайта Science о том, что рассчитывают постепенно перейти к клиническим испытаниям на людях.

Обновлено: в феврале 2024 года вторая статья была опубликована в журнале Cellular Reprogramming.

Смысл клеточного репрограммирования состоит в том, чтобы заставить клетку передвинуть по своей ДНК метильные группы — эпигенетические метки. От их расположения зависит, какие гены будут активно считываться, а какие — молчать. Известно, что набор этих меток и их «рисунок» на ДНК меняется с возрастом, поэтому некоторые гены со временем перестают экспрессироваться. Но если снабдить клетку определенным набором белков (факторов Яманаки), можно добиться того, чтобы она сняла одни метильные группы с ДНК и навесила другие — таким образом вернувшись в более молодое (как минимум с эпигенетической точки зрения) состояние.

Считается, что таким образом можно вернуть и физиологическую молодость — по крайней мере, отдельным клеткам, а может быть, и целым организмам. Но однозначных подтверждений этому пока нет. Тем не менее, в 2021 году стало известно, что Джефф Безос и Юрий Мильнер вложились в компанию Altos Labs, которая будет целенаправленно заниматься репрограммированием клеток. И хотя она поначалу позиционировала свои исследования как сугубо фундаментальные, от компании с такими инвесторами ждут, конечно, практических результатов, применимых к человеку. Подробно об этой технологии мы рассказывали в тексте «Планы на старость».

Теперь сразу две группы исследователей взялись проверить, что репрограммирование клеток в живых организмах действительно может быть полезно.

Первая группа искала подтверждение тому, что эпигенетические изменения сами по себе вызывают старение. Ее руководитель — известный геронтолог Дэвид Синклер (David Sinclair) — придерживается информационной теории старения. Он предлагает рассматривать старение как постепенную потерю клетками информации о том, какие гены и когда должны работать. Синклер и его коллеги предположили, что причиной этой потери могут быть поломки в ДНК, в частности, двухцепочечные разрывы. Когда клеточные белки репарации чинят эти поломки, то они привлекают другие белки, которые переставляют эпигенетические метки. Начинается эпигенетическая перестройка, которая ускоряет старение, — а репрограммирование, следовательно, могло бы откатить эти процессы обратно.

Чтобы проверить, так это или нет, исследователи создали модельную линию мышей, у которых двухцепочечные разрывы ДНК возникали чаще обычного. Для этого в их геном встроили ген фермента, который распознает и разрезает определенную последовательность ДНК, не создавая при этом никаких других мутаций. Запустить работу этого гена можно было с помощью конкретного лекарства, тамоксифена.

Дальше ученые кормили мышей тамоксифеном в течение несколько недель и проверяли, что животные действительно стареют быстрее, чем те, которым вместо лекарства доставалось плацебо. Первые действительно меньше весили, быстрее лысели и седели, хуже проходили поведенческие тесты. У них оказался ниже индекс хрупкости (frailty index) — показатель, учитывающий набор возрастных патологий, а заодно и эпигенетический возраст (то есть по набору меток на ДНК они больше походили на молодых мышей). Этот результат, по мнению исследователей, подтверждает их гипотезу о том, что эпигенетические перестройки в клетках вызывают старение на разных уровнях.

Затем авторы работы попробовали снизить эпигенетический возраст у своих ускоренно стареющих мышей.

При этом отталкивались от более ранних экспериментов с репрограммированием, которые тоже в основном проходили на трансгенных мышах. В ранних работах в геном мышей встраивали гены четырех факторов Яманаки (Sox-2, Klf4, c-Myc и Oct4) и специальную регуляторную последовательность (промотор), которая заставляла эти гены работать только в присутствии лекарства доксициклина. То есть можно было накормить животных лекарством, и факторы Яманаки начинали производиться сразу во всех клетках тела.

Но к человеку такой метод применить не так просто. Поэтому Синклер и его коллеги решили воспользоваться генной терапией: то есть ввести необходимые гены в организм извне. Для этого они делали мышам инъекцию раствора с двумя аденовирусными векторами. Один нес регуляторный элемент, который реагирует на доксициклин, а второй — гены трех факторов Яманаки (кроме c-Myc), которые работают только по сигналу от первого регуляторного элемента. Таким образом, чтобы гены заработали, в клетку должны были попасть два вектора одновременно, а еще нужно было накормить мышь доксициклином.

После того, как животные получили такую терапию и дозу доксициклина, исследователи подсчитали, что по набору метильных меток на ДНК в почечных и мышечных клетках мыши вернулись на уровень контрольных животных. То есть с эпигенетической точки зрения стали моложе.

Тем временем вторая группа исследователей из компании Rejuvenate Bio под руководством Ноя Дэвидсона (Noah Davidsohn) взялась закрыть еще одно белое пятно в этой области. Все эксперименты, опубликованные до сих пор, — в том числе и работа Синклера и его коллег — касались больных животных или ускоренно стареющих моделей. Им технология так или иначе помогала, но никто еще не показал, что сама по себе работа факторов Яманаки внутри клеток может продлить жизнь здоровому организму.

Дэвидсон и его группа использовали тот же метод репрограммирования с помощью генной терапии, что и команда Синклера: два вирусных вектора с тем же набором генов и факторов Яманаки. В качестве испытуемых ученые взяли очень пожилых мышей: им было по 124 недели, при том что обычные представители этой линии живут в среднем 129 недель. По оценкам исследователей, это соответствует примерно 77-летнему возрасту у людей. После этого животным давали доксициклин недельными курсами — семь дней лекарства, семь дней перерыв — до конца их жизни.

Мыши из экспериментальной группы прожили дольше, чем те, что получили укол плацебо: последние умерли в среднем через 9 недель после инъекции, а первые — через 18,5. При этом мыши-долгожители оказались еще и более здоровыми. Исследователи подсчитали для них индекс хрупкости — и он получился на полтора пункта ниже, чем у контрольных мышей: 6 против 7,5. Зато никаких угрожающих жизни опухолей (которые могли бы вырасти из репрограммированных клеток) ученые у животных не заметили.

Таким образом, обе группы ученых добились определенных успехов в репрограммировании. Правда, ни одна из них не получила полной картины происходящего. Дэвидсон и его коллеги добились продления жизни у мышей — но не стали в деталях выяснять, что при этом происходит с эпигеномом. Синклер и его соавторы составили подробную карту возрастных эпигенетических изменений — но не проверили, действительно ли у животных исчезновение этих изменений ведет к сглаживанию признаков старения. В своей работе они не пишут о том, стали ли ускоренно стареющие мыши жить дольше и чувствовать себя лучше после генной терапии с участием факторов Яманаки.

Тем не менее, руководители обеих групп рассказали корреспонденту сайта Science о том, что планируют испытания на людях. Дэвидсон уточнил, что его группа пока ищет правильный набор генов, а также оптимальные способ доставки и дозировку вирусных векторов. Синклер сообщил, что его команда уже экспериментирует с обезьянами. И, если этот эксперимент пройдет успешно, то исследователи будут добиваться от американских регуляторов разрешения проверить свой метод для лечения слепоты у людей.

Мы уже писали о двух исследованиях, в которых принял участие Ной Дэвидсон — тогда еще не руководитель компании. В одной работе ученые лечили мышей от возрастных болезней с помощью генной терапии: оказалось, что два справляются сразу с четырьмя патологиями. В другой раз группа ученых, в которой работал Ной Дэвидсон (а руководил ей Дэвид Синклер), ввела вирусные частицы с факторами Яманаки в глаза мышам — и таким образом повысила у них остроту зрения.