Nová zjištění o vlivu stárnutí na kmenové buňky odvozené z tukové tkáně
Vědci publikující v časopise Cell Discovery, vydávaném Nature, popsali mechanismus, kterým s věkem spojené oslabení klíčové metabolické osy vede ke ztrátě funkčních schopností lidských kmenových buněk odvozených z tukové tkáně (hASCs).
Omezená funkčnost s věkem
Studie na úvod poukazuje na problém využití autologních kmenových buněk pro léčbu starších pacientů: samotné buňky již stárnou, což vede k omezení jejich schopnosti sebeobnovy a k neschopnosti plnit jejich přirozené funkce. To v důsledku spíše ztěžuje léčbu než pomáhá příjemcům. Práce rovněž zmiňuje, že stárnutí mezenchymálních kmenových buněk (MSCs), kam spadají i hASCs, je spojeno s významnými změnami v několika metabolických složkách. Snížený glutathion (GSH) je v těchto buňkách spojován se stárnutím. N6-Methyladenosin (m6A), klíčová složka modifikace RNA nezbytná pro buněčné funkce, byla rovněž identifikována jako faktor ovlivňující osud kmenových buněk kostní dřeně (MSCs), a její propojení se zpracováním GSH je také spojováno s buněčnou senescencí. Cílem těchto výzkumníků bylo objasnit, do jaké míry m6A a s ním související dráhy ovlivňují stárnutí kmenových buněk.
Starší kmenové buňky nefungují optimálně
V prvním experimentu výzkumníci porovnali stárnoucí a mladé hASCs, aby určili rozsah, v jakém stárnutí ovlivňuje funkci těchto buněk. Zjištění ukázala, že hASCs získané od kojenců (I-hASCs) vykazovaly výrazně větší schopnost proliferace a menší sklon ke stárnutí než hASCs získané od starších lidí kolem 80 let (E-hASCs), a to i přes stejný počet pasáží. I-hASCs měly také lepší morfologii buněk, rychlejší migraci a vyšší životaschopnost, spolu s vyšší expresí genů souvisejících s tvorbou tukové tkáně (adipogeneze), tvorbou cév (angiogeneze), metabolickými funkcemi, hojením ran a celkovou aktivitou.
Tyto buňky byly následně testovány na myším modelu poranění a transplantace tukové tkáně, přičemž byly porovnány I-hASCs, E-hASCs a kontrolní skupina bez kmenových buněk. Myši, kterým byly podány I-hASCs, se hojily rychleji a měly více angiogeneze v transplantované tukové tkáni, spolu se sníženým zánětem, minimem cyst nebo vakuol a téměř bez fibrózy. Naproti tomu skupina s E-hASCs vykazovala i ve srovnání s kontrolní skupinou silný zánět, značný počet cyst a vakuol a intenzivní fibrózu.
Bližší pohled na genovou expresi pomocí sekvenování RNA jednotlivých buněk (single-cell RNA sequencing) odhalil potenciální důvody. Vědci byli schopni rozdělit buňky do pěti funkčních skupin: Skupina 1 (ACTA2+TAGLN+), která byla nejčastější u I-hASCs, byla spojena s vyšší angiogenezí, tvorbou kostí a metabolickými procesy; další práce zjistila, že tato skupina měla více vlastností kmenových buněk a větší funkční schopnosti než ostatní skupiny. Skupina 2 souvisela s určitými metabolickými dráhami specifickými pro lipidy. Skupina 3, hojně zastoupená v E-hASCs, byla spojena se stárnutím a rozkladem proteinů a rozpouštěním extracelulární matrice. Skupina 4 zahrnovala buněčnou adhezi, zatímco Skupina 5 se týkala dělení a buněčného cyklu.
I mezi těmito různými skupinami měly E-hASCs zvýšenou expresi genových drah souvisejících se stárnutím, zatímco I-hASCs měly vyšší genovou expresi spojenou se syntézou aminokyselin a celkovým metabolismem.
Klíčový gen je s věkem methylován
Výzkumníci dále zjistili, že I-hASCs měly vyšší genovou expresi základní dráhy související s GSH. Zvýšená exprese IGF2BP3 umožnila těmto buňkám produkovat více enzymů, které zpracovávají aminokyseliny s rozvětveným řetězcem (BCAA) a glutamin, což vedlo k vyššímu množství GSH v těchto buňkách ve srovnání s jejich staršími protějšky. Exprese IGF2BP3 byla také spojena se sníženou expresí genů souvisejících se stárnutím a buněčnou smrtí apoptózou, spolu se zvýšením buněčné proliferace a migrace. IGF2BP3 byl konkrétně identifikován jako gen, jehož exprese je s věkem potlačována epigenetickými změnami: tento gen podléhá s věkem hypermethylaci, která brání jeho expresi.
Další experiment s BCAA a glutaminem ukázal, že suplementace těmito dvěma molekulami myším dokázala částečně obnovit schopnosti hojení ran u E-hASCs. Podle výzkumníků „tato zjištění zdůrazňují potenciál metabolické modulace jako přenositelného přístupu do klinické praxe ke zmírnění buněčného stárnutí a zlepšení regenerativních terapií.“
Ačkoliv suplementace nemůže plně zvrátit účinky snižující se exprese IGF2BP3 s věkem, tento metabolický přístup představuje důležitý výchozí bod pro potenciální blízké terapie. Další práce určí, zda takový přístup umožní zvýšení účinnosti autologních nebo jiných terapií s kmenovými buňkami.