«Размягчение мозга» вернуло молодость стволовым клеткам крыс

Большинство тканей в организме животных опирается на внеклеточный матрикс, или межклеточное вещество, — трехмерную сеть из белковых волокон. В молодой ткани эти волокна длинные и гибкие, но с возрастом они укорачиваются. Дело в том, что, как и любые молекулы, белковые нити изнашиваются, а клетки, которые их производят, стареют вместе с ними. В то же время между волокнами матрикса возникают поперечные сшивки — результат реакций с глюкозой и другими случайными веществами. Таким образом, с возрастом белковая сеть между клетками становится жестче и прочнее. Однако эта прочность не идет на пользу самим клеткам, которые реагируют на состояние матрикса.

Группа исследователей из Кембриджа предположила, что изменения в структуре межклеточного вещества влияют и на активность стволовых клеток нервной ткани. Они работали с предшественниками олигодендроцитов — вспомогательных клеток, которые образуют защитную оболочку вокруг нейронов и нервных волокон. Стволовые клетки, полученные из мозга старых крыс, в лаборатории размножались гораздо хуже, чем клетки молодых животных. Однако эти свойства терялись, если ученые пересаживали их в организм животного другого возраста: «юные» клетки переставали делиться в старой ткани, а к «пожилым» клеткам, напротив, возвращалась молодость, когда их вводили в мозг новорожденного крысенка.

Чтобы проверить, действительно ли дело во внеклеточном матриксе, ученые решили его размягчить. Для этого они частично «переваривали» жесткие межклеточные волокна с помощью фермента хондроитиназы, а затем повреждали участок ткани, чтобы запустить регенерацию. У крыс с «размягченным» мозгом травмы заживали лучше, потому что клетки быстрее размножались. Этот же эффект исследователи воспроизвели и в лаборатории: выращивая клетки на гелях разной жесткости, они подтвердили, что судьба клеток зависит не от конкретных молекул, а только от натяжения в ткани.

Затем ученые проверили, можно ли отключить у стволовых клеток такую механочувствительность. Их мишенью стал механорецепторный белок PIEZO, а новым модельным объектом — мыши. Животные, у которых ученые смогли заблокировать его работу, лучше восстанавливались после травм даже в старости. Их стволовые клетки активнее размножались и образовывали вокруг нейронов защитную оболочку. А вот если выключить работу PIEZO у новорожденных мышат, то в нервной ткани начиналось столпотворение: стволовые клетки размножались в пять раз сильнее, чем у контрольных животных. Судя по всему, основная функция PIEZO — тормозить деление клеток в растущем мозге. Но после того, как ткань сформировалась, этот белок начинает приносить больше вреда, чем пользы, запрещая стволовым клеткам восполнять потери.

Взаимоотношения клеток и межклеточного вещества могут оказаться важным препятствием на пути к продлению жизни. Предшественники олигодендроцитов не единственные клетки, которые снижают активность в ответ на старение матрикса. Похожим свойством обладают, например, и клетки соединительной ткани. А это ставит под вопрос идею омоложения тканей стволовыми клетками: оказавшись заперты внутри постаревшего матрикса, они могут попасть под его влияние и потерять свою способность к регенерации.