Ученые обнаружили ионный маркер, сигнализирующий о преждевременном старении клеток

Российские исследователи показали, что вызывающий старение клеток человека окислительный стресс характеризуется не только нарушением функций клеток, но и снижением удельного содержания в них калия. В дальнейшем этот показатель может использоваться в качестве маркера, указывающего на преждевременное старение клеток. К такому выводу пришли сотрудники подведомственного Минобрнауки России Института цитологии (ИНЦ) РАН.

Клеточному старению подвергается большинство тканей человеческого организма. Это происходит в случае, когда клетка по каким-то причинам исчерпала способность для размножения. Стресс также может вызывать преждевременное старение клеток.

Несмотря на то, что стареющие клетки полностью прекращают деление, они не гибнут, а сохраняются в тканях. Но так как работа большинства внутриклеточных систем в стареющих клетках нарушается, они перестают выполнять свои обычные функции. Более того, стареющие клетки выделяют во внеклеточное пространство вещества, которые могут ухудшать работу соседних клеток, вызывая старение нормальных и даже возникновение раковых клеток.

Обычно иммунная система организма уничтожает стареющие клетки. Однако с возрастом или в случае каких-то нарушений не все такие клетки подвергаются удалению из тканей. Их накопление способствует общему старению организма и развитию различных заболеваний (например, остеоартрита, сердечной недостаточности и других).

«Мы подвергли клетки эндометрия (ткань, выстилающая внутреннюю полость матки) человека окислительному стрессу, который вызывает преждевременное старение. Далее эти клетки использовали для того, чтобы понять, как старение влияет на содержание и транспорт внутриклеточных катионов — калия и натрия, которые отвечают за жизнеспособность клетки и участвуют в регуляции различных клеточных функций», — рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории внутриклеточной сигнализации ИНЦ РАН Ирина Марахова.

В экспериментах ученые использовали мезенхимные стволовые клетки (МСК) эндометрия человека. В процессе развития они способны дифференцироваться (делиться) в клетки разного типа. Изучение процессов в клетках проводилось с помощью специального метода — пламенной фотометрии, которая позволяет измерить количество внутриклеточных катионов и отследить их движение между клеткой и внешней средой. В качестве стрессового фактора использовалась перекись водорода.

Результаты показали, что вызванное окислительным стрессом преждевременное старение клеток характеризуется значительным снижением удельного содержания ионов калия в клетке, указывающее на дегидратацию (обезвоживание) стареющих клеток.

«Мы обнаружили, что в процессе старения сохраняются характерные для нормальной клетки ионные градиенты (в клетке содержание калия выше, а содержание натрия ниже, чем в окружающей среде). Однако в стареющей клетке снижается удельное содержание калия, оцениваемое как отношение содержания калия к массе клеточного белка. Такое изменение этого показателя свидетельствует о снижении содержания воды в клетке (ее дегидратации) в процессе старения. Кроме того, такой показатель, как удельное внутриклеточное содержание калия, можно использовать в качестве своеобразного маркера, чтобы определить, подвержены ли клетки преждевременному старению и обезвоживанию», — поясняет Ирина Марахова.

Авторы также отмечают, что преждевременному старению подвержены не только нормальные, но и трансформированные (раковые) клетки. Предстоит изучить, можно ли изменения ионного состава опухолевых клеток использовать в качестве инструмента для снижения скорости роста опухолей.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, его результаты опубликованы в одном из международных изданий.

Микрофотографии и графики, свидетельствующие о снижении содержания катионов калия в стареющих клетках