Ученые разгладили морщины на коже и остановили выпадение волос

Кешав Сингх и его коллеги добились именно такого эффекта на мышиной модели, разработанной в Университете Алабамы в Бирмингеме. Когда индуцируется мутация, приводящая к митохондриальной дисфункции, в течение нескольких недель у мыши на коже образуются морщины и начинается массовое, видимое глазом выпадение волос. Когда функция митохондрий восстанавливается путем выключения гена, ответственного за дисфункцию митохондрий, кожа мыши вновь становится гладкой, а шерсть – густой, и они не отличаются от кожи и шерсти здоровой мыши того же возраста.

«Насколько нам известно, результаты наших научных наблюдений беспрецедентны,  – говорит Сингх, профессор генетики в Медицинской школе Университета Алабамы.

Важно отметить, что мутация, которая осуществляет этот процесс в ядерном гене, воздействует на функцию митохондрий – крошечных органелл, известных еще под названием «клеточная  электростанция». Многочисленные митохондрии в клетках продуцируют химическим путем 90 процентов всей энергии, необходимой клеткам для выживания.

У людей наблюдается снижение функции митохондрий в процессе старения, а сама митохондриальная дисфункция может приводить к возрастным заболеваниям. Истощение ДНК в митохондриях также связано с митохондриальными заболеваниями у человека (группа наследственных заболеваний, связанных с дефектами митохондрий), сердечно-сосудистыми заболеваниями, диабетом, возрастными неврологическими расстройствами и раком.

«Эта мышиная модель, – рассказывает профессор Сингх, – должна предоставить беспрецедентную возможность для разработки превентивных и терапевтических стратегий создания новых лекарств, направленных на усиление функций митохондрий для лечения связанных с старением патологий кожи и волос и других заболеваний человека, в которых митохондриальная дисфункция играет значительную роль».

Мутация в мышиной модели индуцируется, когда антибиотик доксициклин добавляется зверькам в пищу или воду для питья. Это вызывает истощение митохондриальной ДНК, поскольку фермент для репликации ДНК становится неактивным.

Через четыре недели у мышей появились седые волосы, уменьшилась сама плотность волос, началось выпадение волос, мыши стали медленнее двигаться и начали впадать в летаргию – то есть с ними начали происходить изменения, которые напоминают естественное старение. Морщины на коже наблюдалась через четыре-восемь недель после индукции мутации, а у мышей женского пола морщины были более выраженными, чем у мышей-самцов.

Эта потеря волос и изменения, которые приводят к морщинам на коже, могут быть резко и полностью отменены при выключении мутации. На фотографиях, приведенных в оригинальной статье, показаны выпадение волос и морщины на коже после двухмесячного введения доксициклина и изменения, произошедшие с той же самой мышью через месяц после того, как введение доксициклина было прекращено, что позволило восстановить истощенную митохондриальную ДНК.

Когда мутация была вызвана, в других органах наблюдались небольшие изменения, что указывает на более важную роль, которую играют митохондрии в коже и ее придатках, по сравнению с их ролью в других тканях.

В морщинистой коже мышей происходили изменения, подобные тем, которые наблюдаются как при внутреннем, так и при внешнем старении. Внутреннее старение – это естественный процесс старения, а внешнее старение – это следствие воздействия внешних факторов, влияющих на развитие старения: например, морщины на коже могут развиваться из-за избыточного пребывания на солнце или курения на протяжении длительного времени.

Среди интересных деталей, например, есть и такие: в коже мышей с индуцированной мутацией наблюдалось увеличение количества клеток эпителия, аномальное утолщение внешнего слоя, нарушение функций волосяных фолликулов и повышенные маркеры воспаления, которые, по-видимому, способствовали патологии кожи. Эти процессы похожи на внешнее старение кожи у людей. Мыши с обедненной митохондриальной ДНК также показали измененную экспрессию в клетках четырех связанных с возрастом маркеров, аналогично тому, как это происходит при внутреннем старении.

Кожа также продемонстрировала нарушение баланса между ферментами матриксной металлопротеиназы и их тканеспецифическим ингибитором – баланс этих двух компонентов необходим для поддержания нормального состояния в коже коллагеновых волокон, которые предотвращают образование морщин.

Митохондрии мышей с индуцированной мутацией уменьшали содержание митохондриальной ДНК, изменяли экспрессию митохондриальных генов и делали нестабильными большие комплексы в митохондриях, которые участвуют в окислительном фосфорилировании.

Устранение мутации восстановило митохондриальную функцию, а также обратило патологию кожи и волос. Это показало, что митохондрии являются обратимыми регуляторами старения кожи и потери волос, и это наблюдение Сингх называет «неожиданным».

«Это говорит о том, что эпигенетические механизмы, лежащие в основе взаимного влияния, осуществляемого митохондриями и ядрами, должны играть важную роль в восстановлении нормального фенотипа кожи и волос, – говорит Сингх,  который также выполняет обязанности и профессора патологической анатомии в Университете Алабамы. – Необходимо провести дальнейшие эксперименты, чтобы определить, могут ли фенотипические изменения в других органах также быть обратимыми до полного возврата к исходному, заложенному природой состоянию данного органа путем восстановления митохондриальной ДНК».

Соавторами Сингха в статье «Обратные изменения морщин ан коже и выпадения волос у мышей путем восстановления митохондриальной функции», опубликованной онлайн в журнале «Cell Death and Disease» (часть Nature), выступили Bhupendra Singh, Trenton R. Schoeb и Prachi Bajpai с отделения генетики Университета Алабамы; а также Andrzej Slominski, с отделения дерматологии этого же университета.