XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Введение. Старение представляет собой сложный биологический процесс, охватывающий изменения в структуре хроматина, транскрипционном профиле, метаболизме и митохондриальной функции. Одним из ключевых проявлений возрастного фенотипа является нарушение работы «сенсоров питания» - сигнальных путей IIS, mTOR, AMPK и SIRT, регулирующих энергообмен и клеточный цикл [1]. На фоне старения наблюдается снижение эффективности репарации ДНК, накопление эпигенетических ошибок, нарушение межклеточной координации и увеличение доли клеток с SASP-фенотипом.

В последние годы значительное внимание привлекает технология частичного репрограммирования, способная «перекалибровать» клеточный возраст без перехода к полной плюрипотентности. Первоначально концепция реализовывалась с помощью транскрипционных факторов Yamanaka, однако их использование сопряжено с рисками опухолеобразования. В связи с этим разрабатываются химические аналоги, основанные на коктейлях малых молекул (7c, 2c, 6c), воздействующих на эпигенетические ферменты и метаболические пути [4-7].

Одной из актуальных задач биомедицины становится анализ того, действительно ли химическое репрограммирование способно замедлять старение и восстанавливать функции клеток, не нарушая их стабильности.

Цель исследования. Оценить биохимические механизмы влияния частичного химического репрограммирования (коктейли 7c и 2c) на процессы клеточного старения, эпигенетическую архитектуру и митохондриальную функцию на основе современных публикаций.

Материал и методы исследования

Материалом анализа служат современные работы 2023-2025 гг., посвящённые химически индуцируемому репрограммированию и клеточному омоложению [1-7].

Методологическая база исследований, рассматриваемых в обзоре, включает:

• анализ транскриптома и оценку транскрипционного возраста (RNA-seq, алгоритмы BART, scRNA-tools) [4];

• определение эпигенетического возраста по ДНК-метилированию (epigenetic clocks);

• оценку митохондриальной активности (трансмембранный потенциал митрхондрий, синтез АТФ, уровень ROS);

• исследование метаболических потоков и активности сигнальных путей IIS/mTOR/AMPK [1,6];

• культура клеток человека и животных моделей, подвергнутых воздействию малых молекул, активирующих ремоделирующие эпигенетические ферменты и корректирующих метаболизм [5,7].

Коктейль 7c обычно включает ингибиторы HDAC, активаторы sirtuin-зависимых путей и вещества, влияющие на Wnt-сигналинг. Коктейль 2c воздействует преимущественно на метаболические и митохондриальные пути, а также на регуляцию транскрипции.

Результаты и обсуждение

1. Коррекция транскрипционного возраста клеток

Одним из надёжных биомаркеров старения является транскрипционный возраст - степень соответствия экспрессии генов возрастным паттернам. Исследования показали, что воздействие коктейля 7c приводит к «омоложению» транскриптома на 30-60% без перехода клетки в плюрипотентное состояние [4]. Важным является сохранение маркеров дифференцировки, что предотвращает потерю фенотипической идентичности.

Работы Paine и соавт. подтверждают, что частичное химическое перепрограммирование снижает экспрессию воспалительных SASP-генов и восстанавливает транскрипционные профили, характерные для молодых клеток [5].

2. Эпигенетическое восстановление и ремоделирование хроматина

Возрастная перестройка эпигенома включает потерю H3K9me3, изменение ацетилирования гистонов и нарушение метилирования ДНК. Химическое репрограммирование способно:

• восстанавливать уровни активирующих и репрессорных эпигенетических меток;

• снижать количество эпигенетических ошибок (epigenetic drift);

• нормализовать структуру хроматина и уменьшать гетерохроматиновую дезорганизацию [1,3].

Исследования Чернова и соавт. показывают, что химическая индукция плюрипотентности сопровождается глубоким метаболическим перепрограммированием и перестройкой регуляции транскрипции [3].

3. Влияние на метаболизм и «сенсоры питания»

Возрастные нарушения в работе путей IIS/mTOR, AMPK и SIRT лежат в основе энергетического дисбаланса клеток. Коктейли 7c и 2c:

• снижают гиперактивность mTORC1;

• повышают активность AMPK и чувствительность к стрессу голодания;

• усиливают работу сиртуинов, участвующих в репарации ДНК и регуляции метаболизма [1,6].

Эффект сходен с ограничением питания, которое является одним из наиболее доказанных методов увеличения продолжительности жизни [1].

4. Восстановление митохондриальной функции

Митохондрии - ключевой объект возрастной деградации. Они теряют свой трансмембранный потенциал, вырабатывают меньше АТФ и больше ROS. В исследованиях Yang и соавт. показано, что химическое репрограммирование:

• повышает мембранный потенциал митохондрий;

• снижает уровень реактивных форм кислорода;

• активирует биогенез митохондрий через PGC-1α;

• улучшает митофагию, устраняя повреждённые органеллы [6].

Кроме того, клетки демонстрировали восстановление цитоплазматической динамики и возвращение к молодому метаболическому профилю.

5. Системные эффекты и данные in vivo

Новейшие исследования 2025 года (Schoenfeldt и соавт.) показали, что химическое репрограммирование способно увеличивать продолжительность жизни модельных организмов, снижать выраженность возрастных маркеров кожи, печени и мышц [7]. Важно, что при частичном воздействии не наблюдалось признаков онкогенной трансформации.

6. Ограничения и риски

Несмотря на многообещающие результаты, технология имеет ряд ограничений:

• длительная экспозиция химических коктейлей может нарушать стабильность генома;

• неизвестна безопасность многократных циклов репрограммирования;

• существует вероятность активации онкогенных путей, особенно при воздействии на стволовые клетки;

• недостаточно данных клинического уровня.

Поэтому дальнейшие исследования должны быть направлены на оптимизацию дозировок, улучшение адресной доставки и повышение специфичности соединений.

Выводы

1. Частичное химическое репрограммирование демонстрирует высокую эффективность в коррекции ключевых возрастных изменений клетки, включая восстановление транскрипционного и эпигенетического возраста, нормализацию метаболизма и улучшение митохондриальной функции.

2. Коктейли 7c и 2c активируют механизмы, сходные с ограничением питания: повышение AMPK-сигналинга, снижение активности mTOR, усиление работы сиртуинов.

3. Химическое воздействие позволяет обратить ряд признаков старения без потери клеточной идентичности, что делает технологию перспективной для регенеративной медицины и терапии возрастных заболеваний.

4. Тем не менее, риски геномной нестабильности и потенциальной онкогенности требуют дальнейших фундаментальных и доклинических исследований.

5. Перспективы применения технологии включают восстановление тканей, омоложение клеточных культур, коррекцию возрастных дисфункций и разработку методов безопасного репрограммирования.

Выражаем благодарность своему научному руководителю, кандидату биологических наук, доценту кафедры химии – Амелиной Людмиле Владимировне, за консультации при выполнении данной работы.

Список литературы

1. Козлова Е. В., Козлов А. П. Современные теории механизмов эволюции и разрешение спорных вопросов запрограммированного/незапрограммированного старения (обзор) // Биохимия. - 2024. - Т. 89, № 2. - С. 245-262. - DOI: 10.31857/S0320972X24200123.

2. Моргунова Г. В., Шиловский Г. А., Хохлов А. Н. Влияние ограничения питания на старение: исправление проблем с «сенсорами питания» у постмитотических клеток? // Биохимия. - 2023. - Т. 88, № 1. - С. 5-18. - DOI: 10.31857/S0320972523010092.

3. Чернов А. Н., Смирнова Е. А., Иванов П. В. Метаболическое репрограммирование и биохимические маркеры старения в контексте химической индукции плюрипотентности клеток // Прикладная биохимия и микробиология. - 2024. - Т. 60, № 3. - С. 278–290. - DOI: 10.1134/S0003683824030056.

4. Mitchell W., Goeminne L. J. E., Tyshkovskiy A. et al. Multi-omics characterization of partial chemical reprogramming reveals evidence of cell rejuvenation // eLife. - 2024. - Vol. 12. - Art. e90579. - DOI: 10.7554/eLife.90579.

5. Paine P. T., Nguyen A., Ocampo A. Partial cellular reprogramming: a deep dive into an emerging rejuvenation technology // Aging Cell. - 2024. - Vol. 23, № 2. - Art. e14039. - DOI: 10.1111/acel.14039.

6. Schoenfeldt L., Saurat N., Cornacchia D. et al. Chemical reprogramming ameliorates cellular hallmarks of aging and extends lifespan // EMBO Molecular Medicine. - 2025. - Vol. 17. - Art. e00265. - DOI: 10.1038/s44321-025-00265-9.

7. Yang J.-H., Petty Ch. A., Dixon-McDougall T. et al. Chemically induced reprogramming to reverse cellular aging // Aging (Albany NY). - 2023. - Vol. 15, № 13. - P. 5966-5989. - DOI: 10.18632/aging.204896.