Viete, že starnúce bunky možno omladiť? Čo ďalšie umožnia metylačné hodiny

Okolo štúdia a prípadného použitia embryonálnych buniek existuje etická kontroverzia, pretože k ich zisku je potrebné vytvoriť a následne zničiť vyvíjajúce sa ľudské embryo. Za prezidenta Georgea W. Busha bol ich výskum obmedzený zákonom, počas Baracka Obamu sa reštrikcie zase uvoľnili. V tom čase už ale rovnako nešlo o kritickú otázku, pretože medzitým sa veda začala posúvať iným smerom.

Zásadný objav, ktorý za zmenu smeru mohol, urobil japonský vedec menom Šin’ja Jamanaka. Už skôr sa vedelo, že aj dospelé telá obsahujú určité množstvo špecializovaných kmeňových buniek. Ale čo obyčajné bunky, radové stavebné kamienky, ktoré tvoria tkanivá našich tiel? „Nepamätajú“ si náhodou svoju minulosť, dobu, keď boli pluripotentnými kmeňovými bunkami? Je to vzdialená minulosť, stalo sa to pred niekoľkými desiatkami bunkových delení, ale niečo z tejto dávnej minulosti by predsa len mohlo prežívať. To bola otázka, na ktorú sa Jamanaka so svojím tímom rozhodli nájsť odpoveď.

A v roku 2006 slávili úspech. Odpoveď znela, že bežné telesné bunky si svoju dávnu minulosť pamätajú, a že je dokonca možné ich do tohto stavu vrátiť. Proces, na ktorý Jamanaka prišiel, bol však značne neefektívny. Iba jedna z niekoľkých tisíc dospelých telesných buniek sa pôsobením vhodných faktorov dala zmeniť späť na pluripotentnú kmeňovú bunku. Ale na Nobelovu cenu, udelenú v roku 2012, to bohato stačilo.

A pretože v čase, keď Jamanakove experimenty konečne začali mať výsledky, boli v móde iPody a iPady, dal Jamanaka týmto starým mladým bunkám meno iPSC, indukované pluripotentné kmeňové bunky. Na rozdiel od tých embryonálnych (ESC) neboli nijak eticky kontroverzné, veď sa dali vyrobiť z drobnej odobratej vzorky tkaniva. Navyše boli plne geneticky kompatibilné s telom darcu. Zásadná otázka teda znela: Čo všetko – okrem zisku Nobelovej ceny – sa s nimi dá podniknúť?

Všetko z väziva

Ako najpraktickejší zdroj indukovaných kmeňových buniek sa u ľudí zatiaľ ukázali bunky väziva, fibroblasty. Tie sa dospelému človeku ľahko odoberajú a dajú sa dobre kultivovať v miske. Aj keď výťažnosť procesu nie je veľká, tento krok nerobí vedcom zásadné problémy.

Skutočný problém je správanie sa buniek, ktoré sa v reálnom nasadení nepríjemne ľahko zvrhávajú v nádory. Pôvodný Jamanakov objav bol založený na použití štyroch faktorov s nepríliš zrozumiteľnými menami Oct, Sox, KLF a c-Myc, ktorých súčasným pôsobením sa bežné bunky menili v bunky kmeňové. Ako najnebezpečnejší onkogén sa ukázal c-Myc, problematický je aj KLF. V súčasnej dobe sa ich darí obchádzať použitím iných faktorov, ale tieň možnej rakoviny sa nad Jamanakovou technikou stále vznáša. Napríklad produktivitu celého procesu získavania iPSC buniek je možné zvýšiť potlačením (inhibíciou) faktoru menom p53. Lenže p53 za normálnych okolností chráni naše telo pred zhubným bujnením, takže jeho potlačenie je potenciálne riskantné.

Ideál liečby, ku ktorému vedci smerujú, by spočíval v podaní kmeňových buniek tam, kde sú potrebné (napríklad v mieste, kde bola zranená chrbtica), takým spôsobom, aby ich čo najväčšie množstvo prežilo a následne sa vyvinuli presne v ten typ tkaniva, ktorý pacientovi chýba. Bez vzniku nádorov, bez nežiadúcich genetických mutácií, bez ďalších nežiadúcich vedľajších účinkov. K tomuto ideálu máme bohužiaľ zatiaľ dosť ďaleko.

Problémy začínajú už pri samotnom vzniku iPSC buniek. Ak sa k pôsobeniu na ich genóm využijú retrovírusy, môže dôjsť aj k nejakým nechceným zmenám DNA, čo vedie k vzniku abnormálnych buniek a niekedy končí aj rakovinou. V poslednej dobe sa vedci snažia obchádzať tieto úskalia pomocou mRNA, teda technológie, ktorá teraz dozrela práve včas na to, aby bola použitá pri výrobe vakcín proti COVID-19. Použitie mRNA je oveľa „čistejšie“, nevyvoláva génové defekty, navyše má táto metóda väčšiu výťažnosť, takže väčšie množstvo pôvodných buniek sa zmení v kmeňové. Bez problémov však tento postup tiež nie je, a hlavne je zatiaľ nedostatočne preskúmaný.

Ďalším orieškom na rozlúsknutie je samotný „výsadok“ kmeňových buniek v mieste, kde majú pôsobiť. Nie je nijak samozrejmé, že sa podarí, a ak draho získané bunky neprežijú, bola celá akcia zbytočná. Skúsenosť z laboratória hovorí, že väčšina postupov odskúšaných na myšiach vyžaduje pri nasadení na ľuďoch značné úpravy a niektoré sú neprenosné vôbec. Napriek tomu ale už tušíme, že aspoň v niektorých prípadoch môže terapia iPSC bunkami fungovať aj u ľudí. Roku 2018 podstúpil neznámy americký milionár trpiaci Parkinsonovou chorobou transplantáciu vlastných iPSC buniek do postihnutých častí mozgu. O dva roky neskôr ohlásil vedúci tímu v časopise New England Journal of Medicine, že transplantované bunky sú stále nažive a pacientova choroba, predtým postupujúca, sa zastavila a v niektorých ohľadoch aj zlepšila.

Od jedného bohatého muža k liečbe dostupnej plošne celému svetu je však ešte veľký kus cesty. Nejde ale len o relatívne vzácnu Parkinsonovu chorobu. Postup, ktorým sa pripravujú kmeňové bunky, má potenciál ovplyvniť niečo, čo sa týka úplne každého človeka – starnutie.

Návrat k bunkovej mladosti

Proces, pri ktorom sa z bežných telových buniek stávajú bunky kmeňové, sa dá prirovnať k návratu do veľmi skorej mladosti – tej embryonálnej. Čo keby sa ale tento proces dal vykonať iba „napolovicu“, takže jeho výsledkom by boli stále ešte diferencované bunky, ktoré nezmenili svoju identitu, ale stali sa podstatne mladšími?

Aby sa na túto otázku dalo vôbec odpovedať, je potrebné mať najskôr nejakú mieru „mladosti“ a „staroby“. Hoci intuitívne vieme, že nielen bunky, ale aj ľudia starnú rôznym tempom, – na každom zjazde spolužiakov po maturite je to vidieť – zmerať skutočný stav starnutia u určitého tkaniva bolo dlho nemožná úloha.

S produktívnou myšlienkou prišiel až Steve Horvath, bioštatistik z Kalifornskej univerzity. Horvatha prizvali k projektu, ktorý študoval ľudskú DNA a skúmal, čo všetko z nej možno vyčítať – napríklad sexuálnu orientáciu. To sa nepodarilo, ale Horvath dokázal pri tomto pokuse prísť na vzorce, ktoré podľa takzvanej metylácie DNA odhadli celkom dobre vek človeka, ktorému DNA patrila. To bol základ princípu metylačných hodín, mechanizmu, ktorý po ďalších desiatich rokoch štúdia dáva už veľmi dobré výsledky. Najlepšie metylačné hodiny dneška, GrimAge, dokážu predpovedať vek dožitia organizmu, ako aj čas nástupu vážnych chorôb (rakovina, infarkt) lepšie ako obyčajný chronologický vek. A fungujú nielen u ľudí, ale s drobnými úpravami aj u mnohých ďalších cicavcov.

Zásadná otázka, ktorá sa metylačných hodín týka, znie: Ide len o ukazovateľ alebo o skutočnú súčasť mechanizmu starnutia? Keby išlo len o ukazovateľ, fungovali by tieto hodiny ako budík: ak na ňom pretočíte ručičky späť, neomladli ste, iba by ste stratili informáciu o tom, koľko je skutočne hodín. Pokiaľ by však boli niečím ako „kohútikom na potrubí“, ktorý ovplyvňuje reálne dianie v systéme, znamenalo by ich pretočenie späť, že organizmus alebo tkanivo skutočne zvnútra omladli – v tom zmysle, že pravdepodobnosť smrti sa znížila a rôzne ich biologické mechanizmy (napríklad hojenie rán alebo obrana proti infekciám) fungujú lepšie ako predtým. V tejto otázke nemajú vedci zatiaľ úplne jasno, ale existujú opatrné náznaky, že bližšie k realite je tá druhá možnosť.

Pomocou Jamanakových faktorov možno metylačné hodiny v bunkách pretočiť späť, a to aj o niekoľko rokov. Kľúčom k tomuto výsledku je pôsobiť na ne „opatrne“ – nie tak dlho, aby telesné bunky prekročili hranicu, za ktorou sa z nich stávajú kmeňové bunky iPSC, ale dosť dlho na to, aby sa v nich niečo, čomu ešte presne nerozumieme, stalo. Po takomto krátkom pôsobení vykazujú bunky zreteľne mladší biologický vek. Slávna Stanfordova univerzita dokázala vlani omladiť bunky odobraté starým ľuďom o jeden až sedem rokov. Pravda, zatiaľ iba v laboratórnom skle, ale omladené bunky prejavovali takmer vo všetkých smeroch správanie, akoby sa skutočne vrátili v čase naspäť.

Myšlienka, že si naše starnúce telá v nejakej podobe „pamätajú“, ako fungovali zamlada, a že sa k tomu stavu možno dokážu vrátiť, je veľmi zaujímavá. Nielen preto, že by išlo o splnenie snov, ktoré sa s ľudstvom tiahnu už od éry babylonského kráľa Gilgameša. Mala by aj vysoko praktické uplatnenie, zvlášť vo vyspelom svete, ktorého zdravotníctvo bude čoskoro zasiahnuté „šedivou cunami“, veľkým množstvom starnúcich pacientov.

Tou skutočne zlou vecou na starobe nie sú šediny, ale prudko rastúci výskyt chronických chorôb, ktorý svedčí o zlyhávaní rôznych samoregulačných mechanizmov tela, imunitou počnúc a citlivosťou na inzulín končiac. Liečba týchto ochorení požiera miliardy a vyťažuje rastúci počet zdravotníkov. Keby existoval spôsob, ako tento problém aspoň odsunúť desať či dvadsať rokov do budúcnosti, zrejme by bol doslova na nezaplatenie.

Článok vyšiel pôvodne na českom portáli Echo24.cz.