Перезапуск эпигенетических часов восстановил зрение у мышей

Ученые создали систему, в которой экспрессируются три из четырех факторов Яманаки, для эпигенетического репрограммирования клеток in vivo. Введение этой системы в сетчатку восстанавливает способность ганглионарных клеток образовывать аксоны у травмированных и пожилых мышей.

Регенерация аксонов после повреждения у мышей, получивших терапию OSK.

Сredit: Yuancheng Lu | Пресс-релиз

Причина старения предположительно кроется в накапливающемся со временем эпигенетическом «шуме», который нарушает паттерны экспрессии генов и приводит к снижению регенеративной способности клеток. В работе, опубликованной в Nature, исследователи опирались на гипотезу, что старение контролируется метилированием ДНК, и стирание следов метилирования может вернуть клетки к их молодому состоянию.

Ранее на клеточных культурах было показано, что экспрессия транскрипционных факторов Яманаки (OCT4, SOX2, KLF4 и MYC, сокращенно OSKM) репрограммирует соматические клетки в плюрипотентные стволовые, то есть уничтожает их идентичность и перезапускает эпигенетические часы. В мышиных моделях синдрома прогерии Хатчинсона-Гилфорда экспрессия этих факторов облегчает состояние и продлевает жизнь животных. Авторы нового исследования задались целью разработать безопасный способ репрограммирования, не лишающий клетки их идентичности.

Фактор MYC они отбросили из-за его онкогенных свойств и экспрессировали оставшиеся три (OCT4, SOX2 и KLF4; OSK) в фибробластах от старых мышей. В течение пяти дней профиль мРНК в клетках изменился на «молодой», при этом не наблюдалось потери клеточной идентичности или признаков плюрипотентности или онкогенности.

Чтобы протестировать безопасность OSK, ученые создали систему на основе аденоассоциированного вируса для экспрессии факторов in vivo. В такой системе экспрессия генов индуцируется доксициклином, и регулировать ее можно, добавляя соединение в питьевую воду мышей. Систему ввели внутривенно внутривенно молодым (5 мес.) и пожилым (20 мес.) мышам. Через 10–18 месяцев непрерывной стимуляции экспрессии OSK не было зарегистрировано ни повышения частоты опухолевых заболеваний, ни других побочных эффектов, что указывает на сохранение идентичности клеток.

Затем авторы протестировали метод на ганглионарных клетках сетчатки (ГКС). У млекопитающих эти клетки сохраняют регенеративную функцию в течение эмбрионального и внутриутробного развития, однако через несколько дней после рождения способность ГКС теряют способность восстанавливать аксоны при повреждении. Из-за этого возрастная потеря зрения, обусловленная, например, глаукомой, необратима.

В ходе эксперимента ученые вводили мышам доксициклин-индуцируемые конструкции на основе аденоассоциированного вируса, кодирующие отдельные OSK либо вектор, в составе которого OSK экспрессировались вместе как единый полицистрон. После этого мышам повреждали зрительный нерв. Наиболее эффективная регенерация аксонов ГКС наблюдалась при полицистронной экспрессии OSK, Подобный результат получили и при экспрессии OSK в сетчатке после травмы, при этом положительный эффект наблюдался не только для молодых, но и для пожилых особей. Метод также протестировали на нейронах человека, а на нетравмированных мышах, у которых изменения зрения были вызваны только возрастом. Анализ оптомоторного отклика и электроретинография подтвердили, что на фоне лечения у мышей повышалась острота зрения.

Ученые показали, что деметилирования ДНК самого по себе недостаточно для регенеративного эффекта. Оверэкспрессия каталитического домена TET1, вызывающего общее деметилирование ДНК в клетках, без OSK не давала защитного или регенеративного эффекта при повреждении ГКС. Однако же экспрессия OSK при нокдауне TET1 также не приводила к положительному результату.

Таким образом, в работе показано, что эктопическая экспрессия OSK безопасна и восстанавливает эпигенетический ландшафт стареющих нейронов.

«На старте проекта многие наши коллеги говорили, что наш подход провалится или будет слишком опасен для применения, — говорит первый автор исследования Юаньчэн Лу, научный сотрудник Гарвардской медицинской школы. — Результаты говорят о том, что наш метод безопасен и может совершить переворот в лечении заболеваний глаз и других органов, затронутых старением».

Источник

Yuancheng Lu, et al. // Reprogramming to recover youthful epigenetic information and restore vision. // Nature volume 588, pages124–129 (2020), published online 2 December 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-2975-4

Цитата по пресс-релизу
Добавить в избранное

Вам будет интересно