Исследователи устраняют эмбриональные стареющие клетки, вызывая серьезные сосудисто-нервные дефекты

Среди наиболее важных защитных функций организма - системы мозгового барьера, включая гематоэнцефалический и гемато-спинномозговой барьеры (ЦСЖ). Эти барьеры состоят из высокоспециализированных клеток, которые пропускают необходимые питательные вещества, но отталкивают опасные токсины и патогены, которые могут циркулировать в кровотоке. Ученым давно известно, что делают эти барьеры, но меньше о том, как они строятся во время разработки.

Новое исследование, проведенное учеными Калифорнийского университета в Сан-Диего и опубликованное в Cell, выявило ключевой фактор: стареющие клетки. Часто связанные со старением и болезнями, эти клетки вместо этого, по-видимому, помогают создавать и поддерживать защитные барьеры мозга во время развития.

Центральное место в их новом понимании занимает эволюционирующее понимание стареющих клеток, которые традиционно называются «зомби-клетками», поскольку они больше не способны делиться, но не полностью отмирают.они накапливаются с возрастом и связаны с дисфункцией тканей, хроническим воспалением и снижением когнитивных функций, что делает их привлекательной мишенью для терапии, направленной на замедление возрастного снижения.

Однако в последние годы новые исследования показали, что стареющие клетки не привязаны строго к старению и болезням. Исследователи идентифицировали стареющие клетки, которые временно появляются в развивающихся эмбрионах мышей и играют роль в развитии конечностей и почек. Другие исследования показали, что стареющие клетки играют преходящую роль в заживлении ран, предполагая, что эти клетки могут быть полезными в некоторых контекстах. Это привело к мысли, что старение может быть полезным, когда оно временное, но вредным, когда оно сохраняется.

Исследования, проведенные в лаборатории доцента Школы биологических наук Хируя Мехарены, показывают, что стареющие клетки играют ранее непризнанную роль в развитии мозга.

Изучая развивающийся мозг мышей, ассоциированный научный сотрудник проекта Эшли Уотсон (Ashley Watson)стареющие клетки, которые появляются на разных стадиях во время формирования двух критических систем мозгового барьера: гематоэнцефалического барьера и гематоэнцефалического барьера.

Мы обнаружили, что эти состояния, связанные со старением, появляются в очень специализированных типах барьерных клеток и в точные моменты развития мозга, что позволяет предположить, что они могут играть специализированную роль в построении защитных барьеров мозга."

Эшли Уотсон, младший научный сотрудник проекта, Калифорнийский университет в Сан-Диего

Исследователи использовали множество методов во время исследования, включая секвенирование РНК одной клетки, визуализацию и отслеживание генетической линии. Они обнаружили, что три типа клеток входят в стареющее состояние во время развития: эндотелиальные клетки сосудов, макрофаги головного мозга и эпителиальные клетки сосудистого сплетения. Эти клетки по-разному способствуют формированию защитных барьеров мозга. В эндотелиальных клетках и макрофагах старение, по-видимому, помогает координироватьd моделирование сосудов и формирование гематоэнцефалического барьера. В сосудистом сплетении, которое продуцирует ЦСЖ и образует барьер между кровью и ЦСФ, старение, по-видимому, поддерживает развитие и функцию барьера.

обнаружили, что стареющие сосудистые эндотелиальные клетки и проживающие в мозге макрофаги появлялись только временно во время роста и ремоделирования эмбриональных кровеносных сосудов, которые образуют гематоэнцефалический барьер. Эпителиальные клетки сосудистого сплетения, напротив, сохраняли черты старения долгое время после развития и оставались присутствующими во взрослом возрасте.

«Это была одна из самых неожиданных находок», - сказала Мехарена. «Старение развития обычно рассматривается как преходящий процесс. Здесь мы идентифицировали популяцию клеток в мозге, которая, по-видимому, поддерживает связанные со старением признаки в зрелом возрасте. Это исследование показывает, что старение может принимать множество различных форм в головном мозге, в зависимости от типа клеток и стадии развития».

Чтобы проверить, являются ли эти клетки функционально важными, исследователи устранили стареющие клетки во время эмбрионального развития. У эмбрионов мышей, не имеющих этих клеток, развились аномалии в формировании мозгового барьера и балансе жидкости, что указывает на то, что клетки, связанные со старением, способствуют нормальному развитию мозга.

«Больше всего нас удивило то, что старение не было единым штатом. Он выглядел очень по-разному в разных типах клеток и, по-видимому, выполнял разные функции в зависимости от того, где и когда это произошло», - сказал Уотсон. «Более того, клетки не действовали самостоятельно. Старение, по-видимому, помогало различным типам клеток работать вместе, чтобы создавать, а в некоторых случаях поддерживать защитные барьеры мозга." 

В настоящее время исследователи изучают, как старение и связанные с ним процессы разворачиваются при заболеваниях головного мозга.