Создан молекулярный атлас старения легкого

Атлас старения легких у мышей создан для 30 типов клеток и объединяет данные транскриптомного и протеомного анализов.

Ученые из Германии и США сравнили образцы тканей легких у мышей в возрасте трех и двадцати четырёх месяцев. То есть у молодых и старых. Исследовали возрастные изменения в транскриптоме и протеоме 30 типов клеток легкого.

Транскриптомный анализ проводился по технологии секвенирования РНК единичных клеток Drop-seq. Метод позволяет одновременно и эффективно как охарактеризовать идентичность тысяч клеток, то есть принадлежность их к тому или иному типу, так и составить профили транскрипции. (В технологии используют нанокапли, в которых к РНК каждой клетки прикрепляется уникальный идентификатор, и последующее высокопроизводительное параллельное секвенирование.) Таким образом исследовали транскриптомы более 14 тысяч единичных клеток.

Для протеомного анализа брали ткани цельного легкого, а состав белков определяли масс-спектрометрией.

Затем данные транскриптомного и протеомного анализов интегрировали, чтобы понять, какие изменения на молекулярном уровне происходят в легких с возрастом. Исследователи обнаружили, что из 5 212 количественно определенных белков экспрессия порядка 200 существенно изменяется. Также при старении наблюдается нарастание транскрипционного шума, то есть колебаний в экспрессии генов, не вызванных какими-либо внешними сигналами. В обоих наборах данных был обнаружен запуск активации интерлейкина-6, интерлейкина-1b, Tnf и Ifng, а также подавление Pparg и интерлейкина-10. Отмечалось серьезное увеличение количества иммуноглобулинов и основного комплекса гистосовместимости (MHC) класса I.

Особое внимание ученых вызвало ожидаемое подавление транскрипции коллагена III, на уровне мРНК и синтеза белка. Напротив, хоть экспрессия генов коллагена IV и снижалась с возрастом на уровне мРНК, однако содержание белка при этом было повышенным, что можно связать с посттрансляционной регуляцией скорости деградации этого белка. Подобная дифференциальная регуляция транскриптов и белков на примере коллагена IV подтвердила важность комбинированного анализа как на уровне РНК, так и на уровне белков. Ранее в литературе были описаны исследования, показавшие увеличение жесткости в паренхиматозных компартментах легких с возрастом. Это наблюдение полностью согласуется с полученными данными об увеличении содержания коллагена IV вокруг дыхательных путей и сосудов.

В исследовании также отмечены возрастные изменения в экспрессии генов маркеров клеток реснитчатого эпителия, заметное увеличение различных популяций иммунных клеток, включая CD4 + и CD8 + T-клетки, эозинофилы и классические моноциты. Были показаны изменения во внутриклеточном матриксе, о которых не сообщалось ранее в контексте старения, но которые имеют перспективы для дальнейшего изучения их функциональных изменений.

Все эти данные хорошо согласуются с физиологическими возрастными изменениями легких - воспалительными процессами, снижением способности к регенерации и другим. Каждая шестой человек в мире умирает от причин, связанных с хроническими неинфекционными заболеваниями легких (ХОБЛ, рак легких и др.). Данная работа направлена на выяснение молекулярных причин возрастных изменений и поиск потенциальных терапевтических мишеней.

На основе интеграции и сопоставления данных, полученных от проведенного транскриптомного/протеомного анализа образцов молодых и возрастных мышей, был создан атлас старения легких у мышей, который будет дополняться по мере продолжения исследований. Атлас может служить ориентиром и некоторой отправной точкой для большого сообщества ученых, изучающих хронические заболевания легких и процесс старения.