Лазерный мир

Российские и зарубежные ученые смогли искусственно состарить клетки, используя специальные светящиеся белки, вызывающие разрывы в нитях ДНК, говорится в статье, опубликованной в журнале Aging.

Inducing cellular senescence in vitro by using genetically encoded photosensitizers

Abstract

Cellular senescence, a form of cell cycle arrest, is one of the cellular responses to different types of exogenous and endogenous damage. The senescence phenotype can be induced in vitro by oncogene overexpression and/or DNA damage. Recently, we have reported a novel mechanism of cellular senescence induction by mild genotoxic stress. Specifically, we have shown that the formation of a small number of DNA lesions in normal and cancer cells during S phase leads to cellular senescence-like arrest within the same cell cycle. Here, based on this mechanism, we suggest an approach to remotely induce premature senescence in human cell cultures using short-term light irradiation. We used the genetically encoded photosensitizers, tandem KillerRed and miniSOG, targeted to chromatin by fusion to core histone H2B to induce moderate levels of DNA damage by light in S phase cells. We showed that the cells that express the H2B-fused photosensitizers acquire a senescence phenotype upon illumination with the appropriate light source. Furthermore, we demonstrated that both chromatin-targeted tandem KillerRed (produces O2¯) and miniSOG (produces 1O2) induce single-stranded DNA breaks upon light illumination. Interestingly, miniSOG was also able to induce double-stranded DNA breaks.

http://www.aging-us.com/article/bmjqgYSmBgbiKn6ty/text

«Предложенный нами способ провоцирования преждевременного клеточного старения может быть востребован в дальнейших исследованиях этого клеточного феномена. Основным преимуществом нашего метода является возможность бесконтактного запуска клеточного старения путем освещения растущих в чашке клеток», — заявил Сергей Разин из Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова в Москве.

Геном человека и других животных содержит в себе огромное количество «инструкций», управляющих работой организма во время роста, нормальной жизнедеятельности и старения. Считается, что изучение генетических механизмов, включающихся во время старости, поможет продлить жизнь и молодость. За последние два десятилетия ученые выделили множество генов, отвечающих за эти процессы, однако ни один из них не подходит на роль главного «гена старости» или «вечной молодости».

Пока ученым не удалось найти «гены юности», однако им удавалось уже, несколькими разными путями, вызвать искусственное старение организма в опытах на отдельных клетках и живых лабораторных мышах. Подобная процедура, как правило, включает в себя генетические манипуляции, необратимые по своей сути и начинающие работать фактически сразу после введения подобного «эликсира старости» в организм подопытного животного.

Разин и его коллеги из МГУ, Института биоорганической химии РАН и Института биологии гена РАН нашли способ вызывать подобные изменения, не меняя структуры ДНК или не внося других существенных изменений в работу организма. Для этого специалисты изучили, как культуры клеток в пробирках реагируют на различные стрессовые факторы, в число которых входят повышенная температура, кислотность или недостаток пищи.

Наблюдая за реакцией клеток на эти раздражители, ученые обнаружили, что клетку можно искусственно «состарить» и заставить ее уйти на покой почти со 100% вероятностью в том случае, если в ее ДНК появляются повреждения в ходе так называемой S-фазы деления. Во время этой части митоза, процесса деления клетки, происходит самокопирование ДНК – длительный и очень «тонкий» процесс, который обычно занимает около 8-12 часов.

Как оказалось, появление даже небольших мутаций и «разрывов» в нитях ДНК во время их копирования приводит к тому, что клетка отказывается от дальнейшего размножения и уходит «на пенсию», включая генетическую программу старения.

Разин и его коллеги научились вызывать подобные повреждения остроумным способом – они встроили в «обертку» ДНК клетки специальные светящиеся молекулы белков, которые умеют поглощать свет на определенных длинах волн и использовать эту энергию для выработки молекулярного кислорода и других крайне агрессивных молекул. Соответственно, облучая клетку во время наступления S-фазы деления, можно почти гарантированно состарить ее.

Эти белки, как отмечают ученые, были созданы в России, силами ученых из ИБХ и ИБГ РАН, которым ранее удалось разработать методику «вставки» генов по производству таких белков в ДНК живых клеток.

Зачем ученым нужно «старить» клетки? Подобный прием, как надеются Разин и его коллеги, поможет геронтологам и другим специалистам понять, как развивается старение естественным путем и как этот процесс можно затормозить или остановить.

Источник: https://ria.ru/science/20161108/1480867130.html