Новое революционное исследование, проведенное в Лаборатории геномики одноклеточных организмов и динамики популяций Рокфеллеровского университета, показало, что старение организма начинается на клеточном уровне. Руководитель лаборатории Цзюньюэ Цао и его команда использовали метод секвенирования одиночных клеток для анализа более 21 миллиона клеток, взятых из основных органов мышей на различных стадиях их жизни. Это исследование привело к созданию крупнейшего в мире клеточного атласа, который стал возможен благодаря усилиям научной группы.
Результаты исследования продемонстрировали, что старение — это не линейный процесс, а этап развития, который запускается определенными молекулярными сигналами. Ученые обнаружили, что популяции клеток в разных органах организма меняются синхронно и в одно и то же время на разных этапах жизни. Это позволяет предположить, что старение управляется молекулярными процессами, контролирующими изменения в клетках.
Цао пояснил, что в процессе старения количество одних клеток возрастает, а других — уменьшается. Эти изменения происходят на разных возрастных этапах и контролируются определенными молекулами, что открывает возможности для замедления или даже перепрограммирования процесса старения.
Секвенирование одиночных клеток, являющееся основным методом работы лаборатории Цао, позволяет исследовать генетическую экспрессию и молекулярную динамику отдельных клеток, а также раскрывать их идентичность. Ранее с помощью этой методики была выявлена новая редкая популяция клеток мозга, а также отслеживались возрастные изменения в мозге и других органах.
Для настоящего исследования, проведенного под руководством аспиранта Зехао Чжана, ученые адаптировали метод EasySci, с помощью которого удалось расширить охват клеток и исследовать все основные органы мыши. Благодаря этому был получен единственный в своем роде инструмент для систематического изучения старения и заболеваний всего организма млекопитающего.
В результате анализа 21 миллиона клеток, ученые выявили более 10 типов клеток и 200 подтипов, которые меняются в процессе старения. Например, в молодом возрасте у мышей наблюдается значительное уменьшение определенных клеток в жировой, мышечной и эпителиальной тканях, тогда как в зрелости увеличивается количество иммунных клеток.
Особое внимание было уделено иммунным клеткам, которые, по мере старения, начинают массово размножаться, вызывая воспаление и аутоиммунные заболевания. Ученые также провели эксперименты на мышах с иммунодефицитом, что позволило обратить вспять многие изменения, связанные с возрастом, и подчеркнуть важность сетей клеточной регуляции в процессе старения.
Также исследование показало, что существует значительное различие в клеточных состояниях у самцов и самок мышей, что может объяснять различия в частоте аутоиммунных заболеваний между мужчинами и женщинами, особенно в пожилом возрасте.
Этот атлас старения, созданный на основе данных о 21 миллионе клеток, называется PanSci и представляет собой крупнейший ресурс для изучения старения млекопитающих. В будущем ученые планируют углубить исследования, фокусируясь на половозрастных различиях в клетках и возможностях использования этих данных для разработки методов лечения заболеваний, связанных с половой принадлежностью.
Цао уверен, что их результаты могут стать основой для разработки новых подходов в лечении заболеваний, обусловленных возрастом и половой принадлежностью, что откроет новые горизонты в области медицины и генетики.