Структура митохондриальной ДНК, объясняющая, почему ваш скелет восстанавливается хуже с возрастом

Если вы когда-нибудь ломали кость в 30 лет, вы помните, как это заживает относительно быстро. Но у 70-летнего человека тот же перелом может занять гораздо больше времени и почти не зажить. Почему? Новое исследование, опубликованное в Bone Research командой из Сычуаньского университета, дает ответ на молекулярном уровне: структура митохондриальной ДНК под названием mtG4, которая накапливается в стволовых клетках скелета с возрастом.

Стволовые клетки кости

В наших костях есть внешний слой, называемый периостом. Он содержит особые стволовые клетки, называемые Pdgfra+ периостальные мезенхимальные стромальные/стволовые клетки (PPM). Когда кость ломается, клетки PPM первыми прибывают на место. Они делятся, дифференцируются в остеобласты (клетки, строящие кость) и строят новую кость.

У молодых людей этот процесс эффективен. У пожилых людей клетки PPM просто не делают этого, как раньше. Вопрос: почему?

Открытие: G-квадруплекс в митохондриях

Команда выявила нетипичную структуру ДНК, которая накапливается в митохондриях клеток PPM с возрастом: G-квадруплекс, или сокращенно mtG4. Это структура, образующая четыре связанные вместе цепи ДНК вместо стандартных двух. Она спонтанно образуется в областях с большим количеством гуанина (G).

В молодых митохондриях mtG4 присутствует в низких количествах. С возрастом он накапливается. И это имеет последствия:

1. Нарушает экспрессию митохондриальных генов. Накопление mtG4 нарушает нормальную транскрипцию и экспрессию генов в mtDNA. Результат: дефектное производство митохондриальных белков и снижение выработки энергии
2. По-видимому, нарушает качество митохондрий. Исследователи описывают увеличение митохондриального повреждения; возможный механизм — нарушение баланса поддержания и удаления поврежденных митохондрий, так что клетка не успевает их обновлять
3. Запускает клеточное старение. Клетки PPM входят в состояние «старой клетки», которая больше не делится

Доказательство концепции

Команда показала нечто значительное: когда они намеренно снижали уровни mtG4 в клетках PPM старых мышей, клетки улучшали свою функцию. Вмешательство сохраняло функцию стволовых клеток и восстанавливало их регенеративный потенциал, заново балансируя соотношение между образованием кости и хряща в процессе заживления.

Это не только подтверждение того, что mtG4 является проблемой, но и доказательство того, что проблема обратима.

Последствия для медицины

Это открытие открывает несколько многообещающих направлений:

• Лечение переломов у пожилых людей. Если мы разработаем лекарства, снижающие mtG4, мы, возможно, сможем ускорить заживление переломов у пожилых
• Остеопороз. Потеря плотности костей с возрастом связана с функцией клеток PPM. Лечение этого механизма может дополнить существующие подходы
• Общее старение скелета. Эта ось не обязательно ограничена периостом. Возможно, другие стволовые клетки в организме страдают от той же проблемы
• Диагностические тесты. Уровни mtG4 в образце кости или крови, возможно, могут служить биомаркером возраста скелета

Важно помнить: эти результаты получены на моделях мышей и органоидов и еще не проверены на людях.

Что это значит для вас?

Специфическое лечение mtG4 еще далеко от нас. Но в целом следующие рекомендации для здоровья митохондрий и костей основаны на более широком объеме знаний, а не на этом конкретном исследовании:

1. Поддержание общей функции митохондрий. Добавки NAD+, омега-3, коэнзим Q10 и физическая активность считаются поддерживающими здоровые митохондрии
2. Диета, богатая питательными веществами. Витамин D, кальций, K2 и магний являются основой для здоровья костей
3. Силовые тренировки. Они стимулируют клетки PPM и способствуют регенерации костей
4. Избегание курения. Курение повышает уровень окислительного повреждения, что может способствовать проблемам с митохондриями

Суть

Старение костей — это не просто вопрос «меньше кальция». Это сложная система, включающая стволовые клетки, митохондрии и нетипичные структуры ДНК. Чем больше мы понимаем механизм, тем ближе мы к точным методам лечения, которые могут помочь улучшить способность скелета к заживлению, даже в пожилом возрасте.