Новый маркер сенесцентности

2 апреля опубликована важная работа Кристофера Уайли о биомаркере сенесцентности. Тут же в TECHNOLOGY NETWORKS вышло интервью с ним и Джудит Кампизи, которое мы не можем не привести полностью.

Клеточное старение — это сложный клеточный процесс, который включает необратимую остановку клеточного цикла. Другими словами, клетки навсегда перестают делиться. Стареющие (сенесцентные) клетки не «мертвые». Их сложный секретом (то, что клетка отправляет в окружающую среду, секретирует) — Секреторный Фенотип, Ассоциированный со Старением (SASP) — вовлечен в биологические процессы, такие как воспаление и иммунные ответы. 

Про SASP мы много говорили и писали.

Все больше исследований демонстрируют, что патофизиология многих возрастных заболеваний связана со старением клеток. Следовательно, все больше работ направлено на разработку сенолитических препаратов, эти фармакологические агенты способны выборочно устранять стареющие (сенесцентные) клетки.

По словам профессора Джудит Кампизи, отсутствие биомаркера для измерения и отслеживания эффективности сенолитических препаратов до сих пор является помехой для этой области исследований. Лаборатория Кампизи Института исследований старения Бака изучает регуляцию и характеристики клеточных состояний, уделяя особое внимание клеточному старению.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Cell Metabolism, Кампизи и его коллеги делятся своим открытием нового неинвазивного теста на биомаркеры, который можно использовать для измерения и отслеживания эффективности сенолитических препаратов (препаратов, устраняющих стареющие клетки). 

Биомаркер, о котором идет речь — уникальный сигнальный липидный метаболит. Он высвобождается, когда стареющие клетки вынуждены умирать. Следовательно, его можно собирать и тестировать с помощью неинвазивных механизмов, таких как сбор мочи или забор крови.

Technology Networks взяла интервью у Кампизи и Кристофера Уайли (на фото), ведущего ученого по этому проекту и исследователя из Исследовательского центра по проблемам старения Министерства сельского хозяйства США в области питания имени Жана Майера, чтобы узнать больше об этом исследовании и его клиническом значении.

Оставим ссылочку на институт, изучающий взаимосвязь питания и старения.

«Молли Кэмпбелл (MC): Почему важно иметь возможность измерять и отслеживать эффективность сенолитических препаратов?

Джудит Кампизи (JC): Большинство сенолитических препаратов сначала испытывают на мышах. Люди живут в 30-35 раз дольше мышей (примерно три года против 100). Таким образом, если сенолитику требуется несколько недель или месяцев для исправления патологии у мышей, то для исправления этой патологии у людей может потребоваться несколько лет. Но как мы узнаем, убивает ли этот препарат стареющие клетки живых людей? Биомаркер, который легко обнаруживается в плазме или моче, позволит быстро оценить, был ли сенолитик активен у людей.

Кристофер Уайли (CW): Учитывая количество заболеваний, на которые могут быть нацелены сенолитические препараты, и растущее число сенолитических препаратов, нам действительно нужна неинвазивный стандартный сигнал для сенолиза — то, на что люди могут взглянуть и согласиться с тем, что сенолиз происходит. Пока мы еще не достигли цели (мы не тестировали на людях), но наши результаты многообещающие.

MC: Выявляется большее число возрастных заболеваний, связанных со старением клеток. Вы можете привести примеры этих болезней?

JC: Список длинный! Он включает болезнь Альцгеймера и другие формы снижения когнитивных функций, некоторые аспекты сердечно-сосудистых заболеваний, метастазирование рака, катаракту, диабетические осложнения, фиброз легких, остеоартрит, остеопороз, несколько побочных эффектов некоторых лекарств, используемых для лечения рака и ВИЧ-СПИДа, саркопении и т. Д. И другие.

CW: Добавьте к этому болезнь Паркинсона, некоторые формы диабета и инсулинорезистентности, жировую болезнь печени, выпадение волос, дегенерацию межпозвонковых дисков и ретинопатию. Список начал расти так быстро, что становится трудно угнаться за быстрыми темпами появления новых болезней, причиной которых, как считается, является старение.

MC: Какие ключевые методы вы использовали в этом исследовании, которые позволили открыть биомаркер?

JC: Наши методы включают культивирование клеток человека, модели трансгенных мышей, секвенирование всего транскриптома и масс-спектрометрию.

CW: Мы использовали платформу масс-спектрометрии для измерения липидов в стареющих клетках. Первоначально мы обнаружили ряд простагландинов, поэтому мы расширили наш поиск на все известные простагландины и предполагаемые простагландины. В то время Dihomo-15d-PGJ2 был гипотетическим липидом — и с тех пор о нем сообщалось только как часть списка липидов в одной непроверенной публикации. Поэтому мы проверили его, используя синтезированный Dihomo-15d-PGJ2.

Считается, что большинство простагландинов являются секретируемыми факторами, но мы обнаружили Dihomo-15d-PGJ2 только внутри стареющих клеток, но не в культуральной среде. 

Это было ключевое наблюдение, которое подсказало нам, что он может быть полезным в качестве биомаркера сенолиза. Поскольку Dihomo-15d-PGJ2 имеет небольшой размер, мы предположили, что он, вероятно, ускользнет из стареющих клеток, когда те умирают. 

Мы проверили это, дав контрольным и стареющим клеткам очень высокую дозу сенолитика — достаточно высокую, чтобы убить контрольные клетки. Только стареющие клетки плюс сенолитик приводили к высвобождению Dihomo-15d-PGJ2. 

Важно отметить, что мы воспроизвели это на мышиной модели индуцированного химиотерапией старения, показав, что биомаркер специфичен для сенолиза у млекопитающих.

Существует также коммерчески доступный ELISA для 15d-PGJ2, но мы обнаружили, что он не различает 15d-PGJ2 (лучше изученный родственный простагландин, где на 2 атома углерода меньше) и ihomo-15d-PGJ2. 

Тем не менее, он очень хорошо работал для обнаружения сенолиза в наших моделях и теоретически мог использоваться вместо масс-спектрометрии для более быстрого тестирования в клинике.

Лаура Лэнсдаун (LL): Не могли бы вы поговорить с нами о биомаркере Dihomo-15d-PGJ2? Как вы продемонстрировали, что он уникален для стареющих клеток?

CW: Dihomo-15d-PGJ2 накапливается внутри стареющих клеток до микромолярных уровней, что для оксилипина очень много. Он практически не изучен и был, по сути, гипотетическим метаболитом, пока мы не обнаружили его внутри стареющих клеток. Хотя это может происходить в других биологических контекстах, его было так много в стареющих клетках, что мы предположили, что он будет избирательным для сенолиза, и высвобождаться по мере гибели стареющих клеток.

Получив Dihomo-15d-PGJ2, мы проанализировали несколько типов клеток, включая иммунные клетки и активированные тромбоциты. Макрофаги действительно имели низкие уровни липидов, но они не увеличивались во время поляризации / активации M1 или M2 и никогда не достигали уровней, наблюдаемых внутри стареющих клеток. 

У мышей мы наблюдали Dihomo-15d-PGJ2 только тогда, когда мышам с большим количеством стареющих клеток (мы показали это для химиотерапевтического препарата доксорубицин в статье) давали сенолитик.

Что наиболее важно, Dihomo-15d-PGJ2 не обнаруживался ни в одном из изученных нами состояний (например, химиотерапия, старение, антиретровирусная терапия), если мы не лечили сенолитиками. 

Хотя в работе мы использовали исключительно препарат ABT-263, с тех пор мы проверили использование трансгенных моделей сенолиза и неопубликованных сенолитиков, обнаруженных в институте Бака. И мы обнаруживаем только Dihomo-15d-PGJ2 во время сенолиза.

LL: Почему липидные компоненты SASP изучены недостаточно?

JC: Огромный прогресс был достигнут в характеристике транскриптомов и протеомов клеток. Так много недавних исследований было сосредоточено на этих клеточных компонентах. Однако в настоящее время растет интерес к клеточным метаболитам, включая липиды.

CW: Лаборатория Кампизи первоначально охарактеризовала SASP с помощью белковых биомаркеров, а липиды в целом, как правило, недостаточно изучены. Частично это, вероятно, связано с меньшим количеством инструментов, а доступные инструменты, такие как масс-спектрометрия, как правило, более дороги. 

Для сравнения, транскриптомика довольно стандартна и относительно дешева, и многие РНК кодируют белки. Большинство антител вырабатывается к белкам, поэтому инструменты для изучения белков более доступны.

Для сравнения, РНК не кодируют липиды, и очень мало липидов можно анализировать с помощью антител. Поэтому вам действительно нужно использовать такие инструменты, как масс-спектрометрия, которые более дороги и требуют дополнительных знаний для изучения. 

Развитие новых технологий, таких как метаболомика и липидомика, меняет это, поэтому я ожидаю, что мы увидим аналогичные открытия в будущем.

MC: Почему биомаркер, который можно измерить с помощью неинвазивного тестирования, выгоден?

JC: Если бы вы или ваш врач захотели узнать, работает ли лекарство или вмешательство, вы бы предпочли помочиться в чашку или вставить инородный объект в свое тело?

CW: Что касается сенолитиков, которые проходят клинические испытания при большом количестве состояний, есть два ключевых фактора, которые необходимо установить в ходе этих испытаний:
1. То, что препараты эффективны при лечении болезни.
2. Происходит ли сенолиз.

В настоящее время единственный способ установить, что происходит сенолиз, — это извлечь ткань до и после лечения и проверить ткань на маркеры клеточного старения. Например, биопсии жировой ткани и кожи были взяты до и после сенолитического лечения в одном из первых испытаний, которые установили, что сенолитическое средство работает на людях. 

Этот новый биомаркер, оксилипин, позволил нам обнаружить сенолиз в крови и моче мышей, получавших сенолитики. Так что, если вы хотите обнаружить сенолиз без проведения биопсии, это лучший способ. 

LL: Каковы ваши следующие шаги в этом направлении и какое клиническое воздействие, по вашему мнению, может оказать эта работа?

JC: Сейчас мы сосредоточены на том, чтобы лучше понять, что делают эти связанные со старением липиды как внутри, так и вне стареющей клетки. Мы надеемся определить, взаимодействуют ли ассоциированные со старением липиды с другими клеточными компонентами (например, белки, небольшие метаболиты) или влияют на них.

CW: Во-первых, после того, как мы нашли этот маркер, мы вернулись и посмотрели на наш нецелевой липидомный профиль, и обнаружили 4-5 других липидов-кандидатов, которые также могут быть полезны в качестве биомаркеров.  
Затем мы хотим проверить наши биомаркеры на людях и приматах. Это наиболее важный шаг на пути к широко используемому диагностическому тесту на сенолиз у пациентов.

Для клинического воздействия мы предполагаем два основных применения этого биомаркера:

  1. Показ того, что препарат работает, когда людей лечат сенолитиками от болезней, вызванных клеточным старением.
  2. В качестве дополнения к клиническим испытаниям новых сенолитиков. Мы надеемся, что мы сможем сделать анализ на Dihomo-15d-PGJ2 стандартом для сенолитического тестирования, чтобы избежать этих инвазивных биопсий и образцов тканей. 

А вместо этого использовать биологические жидкости. Мы показали кровь и мочу в своей работе, но можно использовать и другие жидкости, спинномозговую жидкость, интерстициальную жидкость и т. д. Как потенциально поддающиеся анализу.

Например, если вы хотите лечить болезнь Альцгеймера сенолитиками, вы не собираетесь делать биопсию головного мозга человека для анализа на удаление стареющих клеток, но вы можете провести спинномозговую пункцию и анализ на Dihomo-15d-PGJ2».

Джудит Кампизи и Кристофер Уайли беседовали с Молли Кэмпбелл, научным писателем, и Лорой Лэнсдаун, управляющим редактором журнала Technology Networks.

Комментарии

Комментарии 0

    Вам также может быть интересно