Механизмы, лежащие в основе репликативной старости
В 1961 году Леонард Хейфлик и Пол Мурхед предложили теорию, позже названную пределом Хейфлика. Они обнаружили, что нормальная человеческая клетка может делиться от 50 до 70 раз, прежде чем она перестанет размножаться и в конце концов умрет. С тех пор исследователи продолжали изучать это явление, и сегодня этот процесс старения известен как клеточное (репликативное) старение.
«В настоящее время существует несколько экспериментальных моделей клеточного старения. Хейфлик и Мурхед заметили, что первичные человеческие фибробласты в культуре проявляют ограниченную пролиферативную способность. Эта остановка роста во время пассажей называется репликативной сенесценцией».
Это постоянное прекращение клеточного цикла повсеместно встречается в биологии по известным и неизвестным причинам, включая укорочение теломер. Хотя укорочение теломер играет важную роль, оно не является единственным событием, ответственным за индуцирование клеточного старения. Поэтому исследователи провели десятилетия под микроскопом, экспериментируя с клеточными моделями репликативного старения.
В новом исследовании, опубликованном 4 апреля 2022 года, ученые из Медицинского университета Саппоро в Саппоро, Япония, изучили механизмы репликативного старения in vitro. Их научная работа была опубликована на обложке журнала Aging (Aging-US), том 14, выпуск 7, и озаглавлена: «Даунрегуляция IGFBP5 способствует репликативной старости через активацию ERK2 в эмбриональных фибробластах мыши».
Исследование
Клеточное старение обычно характеризуется остановкой роста клеток, увеличением числа клеток, положительно окрашенных на SA-β -gal, и повышением уровня p16 и p19. Для начала исследования группа исследователей культивировала эмбриональные фибробласты мыши (MEFs) и проводила пассаж клеток по методу 3T3. Они обнаружили, что MEFs подвергаются старению после 5-го перехода (P5). Команда также обнаружила, что в P8 экспрессия мРНК белка, связывающего инсулиноподобный фактор роста 5 (IGFBP5), была значительно снижена по сравнению с MEFs P2.
Затем команда провела нокдаун IGFBP5 в клетках MEF. Результаты показали, что нокдаун IGFBP5 индуцировал преждевременное клеточное старение в P2 MEFs. Нокдаун IGFBP5 увеличивал фосфорилирование внеклеточных сигнал-регулируемых киназ 1 и 2 (ERK1/2), но не влиял на уровни экспрессии репрессоров Akt и p16. Исследователи также обнаружили, что добавление в среду роста клеточной культуры дополнительного экзогенного IGFBP5 задерживает остановку роста и снижает репликативный старение в клетках MEF.
«Чтобы выяснить, участвуют ли активированные ERK1 и ERK2 в результате нокдауна IGFBP5 в индукции фенотипов старения, мы изучили эффекты нокдауна ERK1 и ERK2 в сочетании с IGFBP5 siRNA в P2 MEFs».
После дальнейшего анализа роли ERK1/2 в клетках, нокаутированных IGFBP5, команда обнаружила, что глушение ERK2, а не ERK1, блокирует увеличение числа SA-β-GAL-позитивных клеток. Нокдаун ERK2 ослабил снижение числа клеток и повышение уровня p16 и p21 в IGFBP5-нокаутированных клетках. Данное исследование предоставляет доказательства того, что снижение уровня IGFBP5 способствует репликативному старению через активацию ERK2 в эмбриональных фибробластах мыши.
Заключение
Впервые роль IGFBP5 в репликативной старости была продемонстрирована в MEFs. Полученные результаты позволяют предположить, что ERK2 лежит в основе клеточной старости, индуцированной даунрегуляцией IGFBP5. Клеточная старость представляется сложным процессом со многими движущимися частями. Хотя для полного понимания роли IGFBP5 в репликативной старости необходимы дополнительные исследования, данное исследование дает новое представление о механизмах, лежащих в основе этого сложного процесса.
«В заключение, результаты настоящего исследования показали, что даунрегуляция IGFBP5 во время серийного прохождения способствует репликативному старению через ERK2-зависимый механизм. Полученные результаты позволяют предположить, что IGFBP5 противодействует репликативному старению.
