Взрослые мыши стали лучше видеть после эпигенетической перезагрузки клеток сетчатки.

Мы знаем, что со временем в ДНК накапливаются мутации – погрешности в генетическом тексте, которые мешают клеткам выполнять свои функции. Однако кроме мутаций есть ещё и так называемые эпигенетические изменения, или эпигенетические модификации. Дело в том, что активность генов зависит не только от того, что записано в ДНК, но и от того, как ДНК упакована, какие регуляторные молекулы с ней связываются и какие химические модификации с ней происходят. Особенность эпигенетических механизмов в том, что они действуют очень долго. Эпигенетический «рубильник» может подавить активность гена на всю жизнь; более того, эпигенетические изменения могут перейти через половые клетки в другое поколение.

Ганглионарные клетки (оранжевые), их отростки, собранные в пучки и соединяющиеся в зрительный нерв (красные) и кровеносные сосуды, питающие сетчатку (синие). (Фото: NIH Image Gallery / Flickr.com) 

Известно, что эпигенетические изменения происходят в связи с самыми разными событиями. Например, стресс или определённая диета влияют на эпигенетику определённых генов; в свою очередь, изменения в эпигенетике влияют на дальнейшую активность этих генов и вообще на самочувствие клетки. Соответственно, с возрастом на ДНК появляется «узор старости» – эпигенетические модификации, которые не дают генам работать так, как они работали в молодости. Модификации, о которых идёт речь, это химические группы, присоединённые к ДНК. Ещё раз подчеркнём, что при такой модификации генетический текст не меняется, никаких мутаций не возникает. Но присутствие или отсутствие тех или иных химических групп влияет на то, насколько генетическая информация в ДНК доступна для работы. Чаще всего тут можно услышать о рисунке метилирования. Метильные группы СН₃– составляют тот самый «узор старости», подавляющий активность ряда генов.

Но этот узор можно стереть, тем самым омолодив клетку. Исследователи из Гарварда экспериментировали с ганглионарными клетками сетчатки. Они собирают сигналы от светочувствительных палочек и колбочек и передают их в зрительный нерв; собственно, сам зрительный нерв представляет собой пучок аксонов – длинных отростков ганглионарных клеток. В ранней юности они могут исправить повреждения в своих отростках, но потом довольно быстро регенеративные способности ганглионарных клеток слабеют, и если что-то случается с их аксонами, исправить поломку они не могут. Что, соответственно, сказывается на зрительной способности.

Оказалось, что клетки можно омолодить, если ввести им три гена – Oct4, Sox2 и Klf4. Это очень известные гены – именно с их помощью зрелые, дифференцированные клетки превращают в эмбриональные стволовые. Зрелые и дифференцированные клетки не могут делиться (у них свои задачи), стволовые же делятся сколько угодно и могут превратиться в любой тип зрелых клеток. Стволовые клетки, которые получают с помощью молекулярно-генетических манипуляций, называют индуцированными плюрипотентными (то есть «всемогущими»). Гены, с помощью которых это делают, сами управляют активностью многих других генов, помогая обратить клетку в стволовое состояние. Обычно такие гены работают только во время эмбрионального развития и потом всю оставшуюся жизнь молчат. Но если в клетку внести дополнительные копии перепрограммирующих клетку генов, они молчать не будут, и клетка омолодится.

Вообще говоря, таких генов четыре, а не три, но исследователи воспользовались только тремя. У подопытных мышей механически повреждали зрительный нерв, после чего в сетчатку отправляли три вышеупомянутых «стволовых» гена. Ганглионарные клетки, которые получали эти гены, не погибали после повреждения и даже отращивали новые отростки-аксоны. Самое главное, что у них менялся эпигенетический рисунок на ДНК: возрастные следы в виде метильных меток исчезали. То, что дело было именно в эпигенетической регуляции, подтвердилось в экспериментах, в которых у клеток отключали ферменты, снимающие метильные метки с ДНК – такие клетки не могли омолодиться, несмотря на посылку со «стволовыми» генами. Иными словами, переход из детского стволового состояния в более зрелое, способность к регенерации и т. д. зависит от эпигенетических механизмов регуляции генетической активности. Даже если омолаживающие гены будут работать, они ничего не смогут сделать без ферментов, обслуживающих клеточную эпигенетику.

Омоложение ганглионарных клеток помогает восстановить зрение. В другом эксперименте мышам создавали повышенное внутриглазное давление, как при глаукоме. Из-за повышенного давления ганглионарные клетки чувствуют себя плохо, у них отмирают аксоны (и сами они тоже отмирают). Но если мышам с глаукомоподобной болезнью вводили «стволовые» гены, зрение у них восстанавливалось – не полностью, но примерно вполовину от того, что было утрачено. Впрочем, тут надо иметь в виду, что экспериментальная глаукома у мышей была на ранней стадии.

Аналогичный эксперимент поставили со здоровой мышью среднего возраста (то есть которой исполнился уже год от роду). Острота зрения у неё уже упала на 15% по сравнению с более молодыми пятимесячными особями. Но после генетической обработки зрение у взрослой мыши стало, как у молодой. И с ДНК её ганглионарных клеток исчезали возрастные эпигенетические метки.

Насколько такая перезагрузка эпигенетики возможна у человека, пока сказать трудно. Возможно, в будущем подобным способом можно будет омолаживать не только клетки сетчатки, но вообще любые клетки в любом органе. Впрочем, будет очень неплохо, даже если этот метод пригодится только для лечения ранних стадий глаукомы.

Результаты исследований опубликованы в Nature.