Исследователи Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) совместно с коллегами из других научных учреждений предложили включить в число признаков старения дисфункцию немембранных органелл — внутриклеточных структур, играющих важную роль в живых клетках. Для этого учёные, используя подходы биоинформатики, смогли показать связь между нарушением функционирования немембранных органелл, клеточным старением и развитием нейродегенеративных заболеваний. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Biochemical and Biophysical Research Communications.

Клеточное старение — это процесс, в ходе которого клетки теряют свою способность к делению и нормальному функционированию. Стареющие клетки могут накапливаться в тканях и органах и выделять вещества, вызывающие воспаление и повреждение тканей, что может способствовать развитию биологического старения, а также провоцировать развитие возрастных заболеваний, таких как сердечно-сосудистые болезни, диабет, рак и нейродегенеративные расстройства. 

Клеточное старение обусловлено уменьшением длины теломер (защитных участков на концах хромосом), и сопровождается изменением процессов аутофагии (очистка клеток от повреждённых компонентов) и клеточного сигналинга («коммуникация» между клетками), а также нарушением протеостаза (нормальной активности белков). Понимание процессов клеточного старения позволит существенно уточнить механизмы различных возрастных заболеваний, таких как рак, диабет, болезни сердца и предлагать новые подходы для их терапии. Поэтому учёные разных стран мира ведут исследования по данной тематике.

«Наш научный коллектив предлагает включить в число уже известных признаков, характеризующих клеточное и биологическое старение, дисфункцию немембранных органелл, то есть нарушение их функциональной активности, структуры, а также их „сборки“ и „разборки“», — рассказывает ведущий научный сотрудник Лаборатории структурной динамики, стабильности и фолдинга белков ИНЦ РАН Александр Фонин.

Немембранные органеллы — это динамические структуры, неотделенные от внутриклеточной среды мембраной, которые способны быстро собираться и разбираться в ответ на конкретный стимул для решения соответствующих задач, а также менять свой состав в зависимости от окружающих условий. Это позволяет рассматривать такие структуры в качестве потенциальных мишеней для «мягкого» терапевтического воздействия (адресная терапия), а также как инструмент для управления различными внутриклеточными процессами.

В основе образования немембранных органелл лежит обратимое в биологических системах разделение биополимеров на фазы типа «жидкость-жидкость» (LLPS). Изменение внешних условий может вызывать нарушение процессов LLPS, распад немембранных органелл, или, наоборот, необратимую агрегацию входящих в них состав белков, с последующим переходом немембранных органелл в гелеобразное состояние и, в некоторых случаях, к возникновению амилоидных фибрилл (в частности, свидетельствующих о наличии нейродегенеративных заболеваний).

Для того, чтобы показать, что нарушение функционирования немембранных органелл связаны со старением, исследователи провели биоинформатический анализ белков, гены которых вовлечены в процессы репликативного и биологического старения на склонность к спонтанному и индуцированному взаимодействию с белками-партнёрами фазовому разделению, агрегации и вовлечению в состав немембранных органелл.

В ходе этой работы исследователи изучили несколько тысяч белков, входящих в два набора данных: «гранулома» (белки, достоверно входящие в 11 известных немембранных органелл) и «эйджиома» (совокупность белков, связанных с процессами старения). Оказалось, что 67 % белков, входящих в состав «эджиома» участвуют в образовании исследуемых немембранных органелл.

«Результаты анализа имеют большое значение для понимания процессов клеточного старения и могут открыть новые перспективы в медицине. В будущем изученные нами немембранные органеллы могут стать потенциальной таргетной мишенью для разработки терапий, направленных, например, на замедление старения», — поясняет Александр Фонин.

Исследование поддержано грантом РНФ (№ 23-45-00041). В состав научного коллектива вошли сотрудники ИНЦ РАН, Московского физико-технического института, университета Южной Флориды и Гренобльского университета.

Источник: пресс-служба ИНЦ РАН.