Сердечно-сосудистые заболевания являются ведущей причиной смерти во всем мире и частично вызваны возрастной сердечной структурной дисфункцией. Команда биоинженеров из лаборатории профессора Адама Энглера в Калифорнийском университете в Сан-Диего опубликовала 22 декабря в журнале Nature Aging статью, которая помогает углубить наше понимание того, как стареют сердца, и проливает свет на возможный путь замедления старения сердца.

Натали Киркланд, доктор философии, аспирант лаборатории Энглера и первый автор статьи, использовала плодовых мушек, чтобы показать, что ламин С, белок, ответственный за поддержание структурной целостности ядер сердечных клеток, уменьшается с возрастом мух. Это исследование показало, что снижение уровня ламина ответственно за вызванное возрастом структурное перестроение в сердцах плодовых мух, и это может быть потенциальной целью замедления или даже обращения вспять процесса старения сердца у людей.

"Наша работа демонстрирует, что зависящее от возраста ядерное ремоделирование играет ключевую роль в сердечной функции", - сказал Киркланд. "Морфология ядра, вероятно, является маркером здоровья клеток и тканей и может быть нацелена на потенциальную терапию".

Киркланд, исследователи из Лаборатории Энглера и их сотрудники из Института медицинских открытий Сэнфорда Бернхэма Пребиса и Национального института старения при Национальных институтах здравоохранения использовали плодовых мух (Drosophila Melanogaster) для этого исследования по четырем причинам:

    Продолжительность жизни плодовых мух составляет от шести до восьми недель, что делает их пригодными для возрастных исследований
    У плодовых мушек и людей общие 82% сердечных протеомов.
    Возможны исследования в 100-х или 1000-х годах.
    Плодовые мушки обладают простой генетикой, которую легко имитировать.

Эти свойства делают плодовых мушек относительно быстрой и простой моделью для определения путей сохранения сердца, представляющих интерес для исследований на людях. Киркланд и студент четвертого курса бакалавриата по биоинженерии Скотт Скалак, соавтор статьи, использовали метод микродиссекции сердца мух. Затем сердца консервировали и исследовали с помощью иммунофлуоресценции и конфокальной микроскопии.

"Именно так я впервые заметил, что ядра у старых мух уменьшаются и становятся круглее", - сказал Киркланд.

Затем команда количественно оценила это изменение путем сегментации и измерения ядерной жесткости с помощью атомно-силовой микроскопии. Именно тогда они обнаружили, что ядра кардиомиоцитов застывают во время естественного старения; проведя генетический анализ, исследователи обнаружили, что экспрессия ядерных ламинов уменьшается с возрастом мух.

Команда смогла убедиться, что эти результаты также применимы к мышам и приматам, благодаря сотрудникам Национального института старения. Это указывает на то, что роль ламинов может быть применима и к старению сердца человека, что может иметь огромную терапевтическую ценность, поскольку нацеливание на пути, стимулирующие ламин, потенциально может помочь избежать этого механического изменения, связанного со старением сердца.

"Мы обнаружили роль факторов транскрипции сердца в регуляции сократительной способности сердца у взрослых и показали, что поддержание уровня ламина С и экспрессии фактора транскрипции сердца предотвращает возрастное снижение сердечного ритма", - пишут исследователи в исследовании. "Наши результаты сохраняются у пожилых нечеловеческих приматов и мышей, демонстрируя, что зависящее от возраста ядерное ремоделирование является основным механизмом, способствующим сердечной дисфункции".

Будущие исследования позволят выяснить, почему ламины теряются с возрастом и как поддержание экспрессии определенных сердечных генов может улучшить функцию сердца и продолжительность жизни.

Для Скалака этот опыт помог укрепить его решение подать заявку на получение степени доктора философии в области биоинженерии после окончания учебы в 2023 году. Он узнал, насколько важны планирование и коммуникация для исследовательского процесса, а также различные навыки молекулярной биологии.

"Первые несколько недель и месяцев моего участия в лаборатории и этом проекте я помогал доктору Киркланду, где мог, одновременно совершенствуя новые навыки, которым меня научили", - сказал Скалак. "Эти навыки включали разведение и уход за дрозофилами, иммунофлуоресценцию, микродиссекцию дрозофилы и конфокальную микроскопию. Со временем я развил свои новые навыки, особенно препарирование дрозофилы, что позволило мне самостоятельно проводить новые эксперименты. Это дало мне возможность провести эксперименты, необходимые для пересмотра статьи, в начале 2022 года".