Прежде чем разбираться в процессе омоложения, попытаемся понять, что такое старение. Обычно под старением понимают процесс, при котором постепенно нарушаются и теряются важные функции организма, в том числе способность к размножению и регенерации.

Относительно причин старения выдвигаются различные гипотезы, которые можно разделить на две группы:

• Приверженцы первой утверждают, что процесс обусловлен некой программой, заложенной эволюцией, причём эту программу можно замедлить или сломать.
• Приверженцы второй группы возражают: никакой специальной программы не существует, просто со временем накапливаются повреждения и поломки во всех структурах организма, что и приводит к старению.

Вне зависимости от правоты тех или других, процессы старения одинаковы для всех. Так, со временем в ДНК возникают мутации, хуже регулируется восстановление генов, в клетках накапливаются части повреждённых белков и липидов. Кроме того, реже происходит деление клеток, и свои функции они выполняют менее эффективно, что в свою очередь ведёт к замедлению регенерации органов, уменьшению мышечной массы, ослаблению иммунитета, снижению умственных способностей и пр.

Перечисленные изменения всего лишь малая толика всех, не слишком приятных процессов, которые происходят в стареющем организме. Список этих физиологических проблем наводит на невеселые размышления. Но сотни исследователей по всему миру трудятся над возвращением молодости. И, надо сказать, достигли некоторых успехов. Продлить молодость и... начать сначала.

Одним из немаловажных успехов биологов было увеличение продолжительности жизни лабораторных животных — круглого червя Caenorhabditis elegans, мушки Dro-sophila melanogaster и мыши Mus musculus

Использовали два подхода: искусственно вызванные мутации в генах и специальная низкокалорийная диета.

Интересно, что использование подобных приемов продлевало не только жизнь, но и молодость подопытных животных. Получается, что мы способны замедлить ход часов старения». Но возможно ли эти часы остановить или вовсе повернуть их стрелки вспять?

Следует заметить, что в природе "обнуление" часов происходит каждый раз в клетке, образовавшейся в результате оплодотворения. Фактический возраст яйцеклетки человека равен возрасту женщины. Сперматозоид моложе, однако и он успевает пройти ряд клеточных делений.

В клетке же, образованной в результате оплодотворения, -возрастной след-родителей (укорочение теломер и появление химических маркеров старения на молекуле ДНК) отсутствует полностью! Механизмы "обнуления" до сих пор не ясны. Но все же понятно, что этот процесс проходит под действием определенных веществ, находящихся в цитоплазме яйцеклетки, и для выживания вида он чрезвычайно важен.

"Обнуление" использовал в своих ранних экспериментах по клонированию Джон Гердон — британский биолог, нобелевский лауреат 2012 года. Он извлекал ядро из яйцеклетки южноафриканской водной лягушки (шпорцевой лягушки) и вместо него помещал туда ядро мышечной или кишечной клетки головастика.

Пересаженное ядро перепрограммировалось под действием тех же веществ, что инициируют обнуление оплодотворенной яйцеклетки. Такая гибридная клетка развивалась в нормальный организм без видимых признаков преждевременного старения. Данный эксперимент опроверг гипотезу о том. что процесс взросления и дифференцировки клеток сопровождается потерей генетического материала.

Широко известны эксперименты другого нобелевского лауреата 2012 года — японца Синьи Яманаки. Он получал стволовые клетки из фибробластов взрослого организма. Казалось, вот-вот наступит новая эра регенеративной медицины.

Однако, увы, по ряду причин этот метод пока не удается широко использовать. Например, он способен образовывать опухоли. Но все же опыты Яманаки также подтвердили гипотезу, что "часы старения" взрослых могут быть обнулены.

В экспериментах обоих нобелевских лауреатов омоложение клеток происходит с потерей специализации (этот процесс называется дедифференцировкой). Но. оказывается, процесс старения можно обратить вспять, сохранив специфические клеточные функции.

Молодые и профориентированные

Эксперименты, доказавшие возможность омоложения клетки без утраты ее специфичности, проводили разные научные группы. К настоящему моменту описаны уже три способа, как заставить клетку «вспомнить молодость": создание молодого окружения», воздействие на определенные гены и фармакологическое воздействие.

Создание ^молодого окружения». Сотрудники Стзнфордского университета супруги Ирина и Михаил Конбой с соавторами ещё в 2005 году продемонстрировали возможность омоложения клеток и тканей под внешним биологическим воздействием.

Они использовали гетерохронический парабиоз — метод, при котором старая и молодая мыши сшиваются боками, подобно сиамским близнецам, создаются общая кровеносная система. При этом, как показали эксперименты, к клеткам мышц и печени старой мыши возвращается юность. Они приобретают фенотип молодых клеток, а молекулярные метки старения пропадают. Восстанавливают свой потенциал и стволовые клетки мышц.

Авторы сообщают, что даже очень старые стволовые клетки не теряют своей способности восстанавливать и поддерживать ткань, если им обеспечить молодое окружение.

Другая группа из Гарварда в соавторстве с коллегами из научных центров Калифорнии тоже использовала модель гетерохро-нического парабиоза и сосредоточилась на эффектах, возникающих при воздействии молодой крови на мозг.

Выяснилось, что в определённых областях мозга мыши стали появляться новые нейроны, которые в норме возникают только у молодых особей. (Интересно, что во всех экспериментах с ге-терохроническим парабиозом молодые мыши стареют.)

Механизмы описанных эффектов на сегодняшний день до конца не ясны.

Воздействие на определённые гены.

При изучении молекулярных признаков старения, как правило, бывает не вполне ясно, что является собственно старением, а что — его следствием.

Чтобы провести подобное разграничение, исследователи обычно используют генетические манипуляции с сигнальными путями внутри клетки. Возьмем, например, сигнальный путь белкового комплекса, контролирующего транскрипцию ДНК.

Он участвует в клеточном ответе на стресс, свободные радикалы, бактерии, вирусы и др. Томас Рэндо и Говард Чэнг из Стэнфорд-ского университета создали трансгенных мышей, в коже которых ген NF-kB в определенный момент можно было подавлять.

В своей статье в журнале Cell авторы пишут, что. когда мыши постарели и стали заметны такие признаки старения, как истончение кожи, был включён ген ингибитора NF-kB.

Это привело к заметному омоложению клеток кожи, маркеры клеточного старения исчезли, к стволовым клеткам вернулась изначальная способность к делению и восстановились утратившиеся слои кожи.

Фармакологическое воздействие на клетки.

Томас Рэндо и Говард Чэнг в той же статье в журнале Cell описывают эксперименты по введению старым мышам ра-памицина (бактериального токсина, использующегося как иммунодепрессант) — ингибитора фермента mTOR. Этот фермент распознает уровень питательных веществ в клетке и регулирует синтез белков и утилизацию энергии.

С возрастом его активность в стволовых клетках и клетках предшественниках возрастает, с чем связывают старение кроветворной системы.

Эксперименты показали, что рапамицин увеличивает продолжительность жизни мышей: он не только ограничивает возрастное повышение белка mTOR, но и интенсифицирует размножение стволовых клеток.

Чем же отличаются механизмы обнуления клеток и омоложения?

Знакомьтесь, эпигенетика

Основные механизмы перепрограммирования клеточного ядра изучает эпигенетика — наука о процессах, которые меняют экспрессию генов, но не затрагивают последовательность ДНК.

Например, разные клетки нашего организма имеют одинаковый генетический материал, но задействуются различные гены, что приводит к клеточной специализации (клетки печени, клетки костной ткани, нейроны и т. д.).

Эпигенетические механизмы не только руководят клеточной дифференцировкой. но и постоянно поддерживают специализацию образовавшихся клеток. Дифференцированные клетки многократно делятся и постоянно подвергаются воздействию дестабилизирующих внешних факторов, однако сохраняют свои функции. В то же время эксперименты демонстрируют, что статус клеток пластичен и обратим.

Если устранить факторы перепрограммирования, то клетки молодеют. На этом основании возникла любопытная гипотеза, объясняющая различие механизмов омоложения.

При омоложении клетки подвергаются дестабилизирующим факторам недолгое время. И возрастные эпигенетические метки (как менее устойчивые) исчезают, а эпигенетические метки, отвечающие за специализацию клетки, сохраняются. Поэтому клетки теряют только возрастные признаки.

При "обнулении" клетка подвергается длительному воздействию факторов перепрограммирования, так что стираются все существовавшие в ней эпигенетические метки. Теряются и специализация и возраст, и клетка превращается в стволовую.

Возможен и третий вариант: переход из состояния эпигенетической нестабильности сразу в клетку другого типа. Например, существуют способы превращения фибро-бластов в кардиомиоциты или в нейроны с использованием всего лишь нескольких генов.

Опыты по омоложению клеток, как и выявление фактора омоложения, безусловно, впечатляют. Может показаться, что эликсир молодости вот-вот будет найден. Но, к сожалению, не так всё просто. Сделанные открытия — лишь первые шаги.

Исследователи далеки от полного понимания механизмов старения и того, каким образом его можно контролировать и регулировать.

Не стоит также забывать, что эксперименты проводили на мышах. Будут ли действовать те же омолаживающие факторы на человека — неизвестно. И, наконец. есть вероятность, что мобилизация стволовых клеток у старых людей инициирует возникновение злокачественных опухолей или других побочных эффектов.

Поэтому, если вам предложат испить настойки из "молодой крови" или коктейль из "стволовых клеток", не спешите. Клиники молодости едва ли появятся в ближайшие десять лет.