Ученые Института цитологии РАН показали, что окислительный стресс, вызывающий старение клеток человека, характеризуется не только нарушением их функций, но и снижением динамики и уменьшением количества катионов калия внутри клетки. В дальнейшем этот процесс может использоваться в качестве маркёра, сигнализирующего о преждевременном старении клеток. Результаты работы опубликованы в научном журнале Scientific Reports.

Клеточное старение происходит в большинстве тканей организма человека. Этот процесс происходит в случае, если клетка по каким-то причинам исчерпала способность для размножения. Кроме того, стрессовые факторы могут вызывать у клеток преждевременное старение.

Хотя стареющие клетки полностью прекращают деление, они не гибнут, а сохраняются в тканях. Работа большинства внутриклеточных систем в стареющих клетках нарушается. Поэтому они не способны выполнять свои обычные функции. Более того, стареющие клетки производят множество веществ во внеклеточное пространство, которые могут ухудшать работу соседних клеток, вызывая старение нормальных и даже возникновение раковых клеток.

Обычно стареющие клетки уничтожает иммунная система (этот процесс называется апоптозом) организма. Однако с возрастом или в случае каких-то нарушений не все такие клетки будут удалены из тканей. Накопление стареющих клеток в тканях способствует прогрессии общего старения организма и развитию различных заболеваний (например, остеоартрит, сердечная недостаточность и многие другие). Поэтому изучение процессов, влияющих на преждевременное старение клеток является актуальной задачей научных групп по всему миру.

«Мы подвергли клетки эндометрия (ткань, выстилающая внутреннюю полость матки) человека окислительному стрессу, который вызывает преждевременное старение. Это необходимо для того, чтобы понять как этот фактор влияет на динамику и состав внутриклеточных катионов – положительно заряженных атомов калия и натрия, которые отвечают за выполнение различных функций клетки, например, транспортную или сигнальную», – рассказывает ведущий научный сотрудник Лаборатории внутриклеточной сигнализации ИНЦ РАН Ирина Марахова.

Для проведения экспериментов ученые использовали мезенхимные стволовые клетки (МСК) эндометрия человека. В процессе развития они способны трансформироваться в различные типы клеток. Изучение процессов в клетках проводилось с помощью специального метода – пламенной фотометрии, которая позволяет не только измерить количество катионов, но и отслеживать потоки их движения между клеткой и внешней средой. В качестве стрессового фактора использовалась перекись водорода.

Эксперименты показали, что вызванное преждевременным старением ухудшение работы клеток характеризуется значительным снижением содержания ионов калия внутри клетки. Это приводит к нарушению процессов взаимодействия клетки с окружающей средой, поскольку для нормального функционирования внутри клетки катионов калия должно быть значительно больше, чем снаружи (такой процесс называется ионный гетерогенитет). Кроме того, исследователи наблюдали обезвоживание клетки.

«Мы показали, что в стареющей клетке нарушается ионный гетерогенитет, т. е. показатель количества катионов калия в стареющей клетке изменяется по сравнению с нормальной клеткой. Этот фактор важен для понимания процессов, происходящих при клеточном старении. Кроме того фактор нарушения ионного гетерогенита можно использовать в качестве своеобразного маркера, чтобы определить подвержены ли клетки преждевременному старению и обезвоживанию», – поясняет Ирина Марахова.

Ученые ИНЦ также отмечают, что клеточному старению подвержены не только нормальные, но и раковые клетки. Это значит, что в перспективе нарушения ионного гетерогенитета в клетках опухолей можно будет использовать в качестве инструмента для снижения скорости развития опухолей.

Исследование выполнено учеными ИНЦ РАН при финансовой поддержке РНФ (проект № 19-14-00108).

Источник: Институт цитологии РАН.