ИИ нашел ген старения кроветворных клеток

Стволовые клетки костного мозга обладают уникальным свойством: могут как самовоспроизводиться, так и превращаться в любой тип клеток крови. На протяжении жизни они постоянно восполняют потери, вызванные инфекциями, кровотечениями или химиотерапией. Однако с возрастом их эффективность падает. Число стволовых клеток растет, а способность перестраивать кровеносную систему снижается, что может приводить к анемии, ослаблению иммунитета, тромбозам и возрастным заболеваниям крови.

Проанализировав отдельные кроветворные стволовые клетки мышей разного возраста, исследователи обнаружили, что у старых клеток одновременно активируются две генетические программы: одна удерживает их в незрелом стволовом состоянии, другая готовит к производству тромбоцитов. Эти изменения начинаются постепенно, программа незрелости усиливается еще до рождения, а гены, связанные с тромбоцитами, после. Это означает, что старение стволовых клеток развивается непрерывно, а не появляется внезапно в старости.

Чтобы найти гены, управляющие этим процессом, команда применила Geneformer — модель ИИ, обученную на данных о экспрессии генов примерно 30 миллионов клеток. Дополнительное обучение провели на 160 тысячах молодых и старых кроветворных стволовых и прогениторных клеток. ИИ предсказал 143 перспективных кандидата, которые затем проверили в лаборатории и свели к одному ключевому регулятору — Pbx1.

Оказалось, что Pbx1 в старых стволовых клетках тесно связан с генами незрелости, старения и производства тромбоцитов. Повышение Pbx1 в молодых клетках воспроизводило многие признаки старения: до 73,3% генов, активированных Pbx1, были также повышены в старых стволовых клетках. После пересадки в мышей такие клетки производили меньше эритроцитов и относительно больше тромбоцитов. Причиной снижения выработки эритроцитов, как выяснилось, стало подавление Pbx1 другого гена — Gata1.

Как отмечает автор исследования Кэйе Такубо, старые стволовые клетки крови часто описывают просто как клетки, потерявшие функцию. Но результаты показывают, что они не ослабленная версия молодых — это клетки, перешедшие в иное, стабильное состояние с собственными тенденциями. Будущие исследования должны показать, работает ли тот же механизм у людей и связан ли он с анемией, тромбозом, клональным кроветворением или раком крови.