Внеклеточные везикулы из крови молодых мышей способствуют регенерации старых мышц

Уже много лет существует идея, что переливание молодой крови в пожилой организм обращает вспять многие процессы старения или как минимум тормозит их. Все началось с гетерохронного парабиоза: системы кровообращения двух мышей, старой и молодой, соединили и обнаружили, что органы старого животного стали как будто моложе: повысилась пролиферативная способность стволовых клеток, ткани регенерировали. Такой же эффект давало переливание крови от молодой мыши старой.

В крови циркулирует большое количество разнообразных молекул, и отследить, какие из них опосредуют омоложение, довольно сложно. Большинство исследований в этой области сосредоточено на циркулирующих белках. Группа ученых из США пошла другим путем: они обратили внимание на внеклеточные везикулы (extracellular vesicles, EV) — пузырьки, которые содержат белки, РНК или другие молекулы. EV могут переносить клеточные сигналы, обеспечивая межклеточную коммуникацию.

«Мы задумались, могут ли внеклеточные везикулы способствовать регенерации мышц, потому что они путешествуют, как курьеры, в крови и других жидкостях организма. Они доставляют информацию в клетки-мишени, как послание в бутылке», — говорит первый автор работы Амрита Саху, аспирант кафедры физической медицины и реабилитации в Питтсбургском университете.

Ученые оценивали воздействие EV из крови молодых мышей на мышечные стволовые клетки и молекулярные каскады регенерации мышц у старых животных. EV выделяли с помощью эксклюзионной хроматографии и оценивали их количество, размеры и свойства различными методами.

Старым мышам с поврежденной мышцей вводили сыворотку крови молодых мышей, содержащую EV в различных концентрациях. Спустя три дня происходило EV-зависимое увеличение экспрессии белка MyoD — главного регулятора миогенеза. А через 11 дней наблюдалась интенсивная регенерация и функциональное восстановление мышцы. Это подтвердила визуальная оценка гистологических образцов и тест на сократительную способность. Сыворотка молодых мышей, лишенная внеклеточных везикул, теряла свои свойства.

В экспериментах in vitro ученые показали, что содержимое молодых EV сохраняет ультраструктуру и дыхание митохондрий в старых мышечных клетках-предшественниках, а содержимое старых EV провоцирует митохондриальную дисфункцию. В частности, воздействие молодых везикул увеличило содержание фосфолипида кардиолипина во внутренней мембране митохондрий, — этот фосфолипид играет ключевую роль в поддержании целостности митохондриальных мембран и модуляции окислительного фосфорилирования.

Для нормального функционирования митохондрий большое значение имеет регуляция ионных каналов. Выяснилось, что EV из молодой крови изменяют их регуляцию. Они содержат мРНК, кодирующую белок Klotho, который участвует в поддержании биоэнергетики митохондрий и здоровья скелетных мышц. Именно Klotho, по мнению ученых, способствовал регенерации мышц старых мышей.

В везикулах из крови старых мышей содержание этих мРНК было значительно ниже, и белка Klotho не хватало для сохранения той скорости регенерации, что была в молодости.

Еще в предыдущей работе эта команда исследователей показала, что Klotho — важный регулятор регенеративной способности клеток-предшественников мышц, и что у мышей его количество снижается с возрастом.

«Внеклеточные везикулы могут быть полезны для повышения регенеративной способности мышц у пожилых людей и улучшения функционального восстановления после травмы, — говорит один из руководителей исследования Фабризия Амброзио, доцент кафедры физической медицины и реабилитации в Питтсбургском университете. — Одна из идей, которая нам очень нравится, — разработать везикулы с конкретным содержимым, чтобы можно было проверять реакцию клеток-мишеней».