Связанный с долголетием ген влияет на нейральные стволовые клетки

Ученые из Stanford University School of Medicine установили, что ген, связанный с долголетием у круглых червей и у человека, влияет на функцию стволовых клеток, производящих новые нейроны во взрослом мозге. Таким образом, этот ген может играть важную роль в поддержании когнитивных функций в пожилом возрасте.

Интересно, что ген, отвечающий за продолжительность жизни у беспозвоночных, у млекопитающих принимает участие в регуляции размножения стволовых клеток. В отличие от кожи или эпителия кишечника, во взрослом головном мозге не происходит постоянного обновления клеток. Но именно появление новых нейронов в головном мозге необходимо для обучения и памяти. В мозге взрослых млекопитающих есть две небольшие области, где расположены нейральные стволовые клетки, способные как к самообновлению, так и к дифференцировке в нейроны и глиальные клетки. Соответствующий баланс этих процессов позволяет сохранять нужное количество нейральных стволовых клеток и производить новые нервные клетки.

С возрастом число нервных стволовых клеток уменьшается и появляется все меньше новых нейронов. Эти изменения коррелируют с постепенной утратой когнитивных способностей и ослаблением функций органов чувств, происходящих при приближении конца жизни. Однако у некоторых лабораторных животных изменение в определенных отвечающих за метаболизм генах может значительно увеличить срок жизни. К таким генам относится семейство FoxO — это факторы транскрипции, влияющие на пролиферацию, дифференцировку и апоптоз клеток. Считается, что точечная мутация в гене FoxO3 связана с увеличенной продолжительностью жизни некоторых популяций японцев, немцев, американцев и итальянцев.

Ученые предположили, что FoxO3 участвует и в регуляции жизнедеятельности нейральных стволовых клеток. Для проверки этой гипотезы ученые исследовали мышей с выключенным геном FoxO3, сравнивая их с нормальными мышами. Мыши с нокаутом FoxO3 обычно умирали в возрасте 12–18 месяцев, тогда как нормальная продолжительность жизни лабораторных мышей — около 30 месяцев.

Исследовали новорожденных мышей, в возрасте 3 месяцев (молодые взрослые) и в возрасте 12 месяцев (старые). Было обнаружено, что у взрослых и старых мышей с выключенным FoxO3 было меньше нейральных стволовых клеток, чем у нормальных мышей соответствующего возраста. У новорожденных мышей отличий не было, что говорит о том, что утрата FoxO3 влияет только на взрослых животных.

Ученые выяснили, что у взрослых мышей без FoxO3 из немногочисленных нейральных стволовых клеток производится гораздо больше нейральных клеток-предшественников, затем становящихся нейронами. Их мозг весил больше, чем мозг мышей из контрольной группы, поскольку их нейральные стволовые клетки производили слишком много новых нейронов, при этом популяция стволовых клеток быстро уменьшалась.

При изучении нейральных стволовых клеток in vitro было обнаружено, что у лишенных FoxO3 взрослых мышей снижена способность этих клеток к самообновлению и дифференцировке в различные типы нервных клеток. Как показали дальнейшие исследования, FoxO3 регулирует экспрессию генов, вовлеченных в дифференцировку и пролиферацию клеток. Ученые пришли к выводу, что FoxO3 нужен стволовым клеткам, чтобы оставаться в фазе покоя (quiescence) после деления. Клетки, утрачивающие способность к «состоянию ожидания», перестают нормально самообновляться и дифференцироваться.

Ученые в настоящее время работают над созданием линии мышей с повышенным уровнем экспрессии FoxO3, что позволит проверить их гипотезу о роли этого гена. Если их предположение верно, то у таких мышей популяция нейральных стволовых клеток не будет истощаться с возрастом.

Материалы исследования представлены в статье, опубликованной в выпуске журнала Cell Stem Cell от 6 ноября.

Источник: www.stemcells.ru