Биологи впервые увидели, как меняется синтез белков в стареющих стволовых клетках кожи

Долгое время старение изучали в основном через призму активности генов: какие из них включаются, а какие замолкают. Однако между генетической инструкцией и готовым белком есть важнейший этап — трансляция, когда рибосомы считывают РНК и собирают белковые молекулы. Именно белки выполняют практически всю работу в клетке: строят структуры, передают сигналы, запускают воспаление и ремонтируют повреждения.

Для стволовых клеток кожи, которые постоянно обновляют эпидермис и помогают восстанавливаться после травм, этот процесс имеет ключевое значение. Известно, что молодые стволовые клетки работают в экономном режиме, синтезируя сравнительно мало белков, что помогает сохранять их регенеративный потенциал. Но до сих пор ученые не могли проследить, как меняется производство белков в отдельных клетках стареющей ткани.

Новый метод: заморозка синтеза белка

Швейцарские исследователи разработали технологию in-vivo single-cell ribosome profiling. Она позволяет заморозить процесс синтеза с помощью вещества, останавливающего движение рибосом по РНК. Анализ полученных молекул РНК дал возможность составить детальную карту синтеза белков в каждой клетке.

Ученые проанализировали почти две тысячи клеток эпидермиса, включая стволовые, клетки волосяных фолликулов и иммунные клетки. Они обнаружили, что разные типы клеток кожи используют систему синтеза белков по-разному, а у пожилых животных некоторые механизмы работы стволовых клеток заметно меняются.

Стволовые клетки переходят в режим стресса

Самым неожиданным стало то, что в старых стволовых клетках резко усиливается синтез группы белков AP-1 — молекул, участвующих в реакции на стресс, воспаление и повреждение тканей. При этом уровень соответствующих молекул РНК почти не менялся. То есть клетки не производили больше генетических инструкций, а активнее использовали уже существующие для сборки белков. Значит, старение может регулироваться в том числе на уровне самой системы синтеза белка.

Особое внимание привлек белок JUN — один из ключевых компонентов AP-1. В старой коже его количество заметно возрастало именно в ядрах стволовых клеток. Аналогичная связь наблюдалась и в данных по коже человека: уровень JUN также повышался с возрастом. По мнению авторов, это может означать, что стареющие клетки переходят в состояние хронического стресса и готовности к воспалительным процессам.

Исследователи также выявили обратный процесс: некоторые важные для нормальной работы кожи белки синтезируются хуже. Среди них — E-cadherin, молекула, помогающая клеткам прочно соединяться друг с другом. Ослабление ее синтеза потенциально объясняет, почему кожа пожилых людей хуже восстанавливается после повреждений.

Новый метод поможет изучать не только старение, но и другие процессы, связанные с нарушением синтеза белков, включая рак и нейродегенеративные заболевания. В будущем умение управлять этими механизмами может привести к созданию способов поддержания нормальной работы стареющих тканей. Результаты работы опубликованы в журнале Molecular Cell.