Artikel zur Langlebigkeit

Alte Hautzellen werden neu programmiert, um ihre jugendliche Funktion wiederzugewinnen

Alte Hautzellen werden neu programmiert, um ihre jugendliche Funktion wiederzugewinnen
  • Forscher stellen teilweise die Funktion älterer Hautzellen wieder her und verjüngen molekulare Marker des biologischen Alters. 

  • Sie maßen das biologische Alter mit der epigenetischen Uhr, bei der im gesamten Genom vorhandene chemische Markierungen das Alter anzeigen, und mit dem Transkriptom oder allen von der Zelle produzierten Genanzeigen.

  • Durch diese beiden Maßnahmen entsprachen die umprogrammierten Zellen dem Profil von Zellen, die im Vergleich zu Referenzdatensätzen 30 Jahre jünger waren. 

  • Die Zellen wirkten nicht nur jünger, sondern funktionierten auch wie junge Zellen, da die verjüngten Fibroblasten mehr Kollagen produzierten und schneller in Bereiche vordrangen, die repariert werden mussten. 

Dieser Artikel wurde auf ScienceDaily.com veröffentlicht:

Forschungen des Babraham Institute haben eine Methode entwickelt, mit der menschliche Hautzellen um 30 Jahre „zeitversetzt“ werden können, wodurch die Alterungsuhr der Zellen zurückgedreht wird, ohne dass sie ihre spezielle Funktion verlieren. Durch die Arbeit von Forschern im Epigenetik-Forschungsprogramm des Instituts ist es gelungen, die Funktion älterer Zellen teilweise wiederherzustellen und die molekularen Maße des biologischen Alters zu verjüngen. Die Forschung wird heute in der Zeitschrift veröffentlicht eLife und obwohl es sich noch in einem frühen Forschungsstadium befindet, könnte es die regenerative Medizin revolutionieren.

Was ist regenerative Medizin?

Mit zunehmendem Alter nimmt die Funktionsfähigkeit unserer Zellen ab und das Genom sammelt Alterserscheinungen. Ziel der regenerativen Biologie ist es, Zellen, auch alte, zu reparieren oder zu ersetzen. Eines der wichtigsten Werkzeuge in der regenerativen Biologie ist unsere Fähigkeit, „induzierte“ Stammzellen zu erzeugen. Der Prozess ist das Ergebnis mehrerer Schritte, bei denen jeweils einige der Markierungen gelöscht werden, die die Zellen spezialisieren. Theoretisch haben diese Stammzellen das Potenzial, zu jedem Zelltyp zu werden, aber Wissenschaftler sind noch nicht in der Lage, die Bedingungen für die Neudifferenzierung von Stammzellen in alle Zelltypen zuverlässig wiederherzustellen.

Die Zeit zurückdrehen

Die neue Methode, die auf der mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Technik basiert, die Wissenschaftler zur Herstellung von Stammzellen verwenden, überwindet das Problem der vollständigen Löschung der Zellidentität, indem die Neuprogrammierung während des gesamten Prozesses gestoppt wird. Dies ermöglichte es den Forschern, das genaue Gleichgewicht zwischen der Neuprogrammierung von Zellen und ihrer biologischen Verjüngung zu finden und gleichzeitig ihre spezialisierte Zellfunktion wiederzugewinnen.

Shinya Yamanaka war 2007 der erste Wissenschaftler, der normale Zellen, die eine bestimmte Funktion haben, in Stammzellen umwandelte, die die besondere Fähigkeit besitzen, sich zu jedem beliebigen Zelltyp zu entwickeln. Der gesamte Prozess der Neuprogrammierung von Stammzellen dauert etwa 50 Tage und nutzt vier Schlüsselmoleküle, die Yamanaka-Faktoren. Bei der neuen Methode namens „Reifungsphasen-Transienten-Reprogrammierung“ werden Zellen nur 13 Tage lang Yamanaka-Faktoren ausgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt sind altersbedingte Veränderungen beseitigt und die Zellen haben vorübergehend ihre Identität verloren. Den teilweise umprogrammierten Zellen wurde Zeit gegeben, unter normalen Bedingungen zu wachsen und zu beobachten, ob ihre spezifische Hautzellfunktion zurückkehrte. Die Genomanalyse zeigte, dass die Zellen die für Hautzellen charakteristischen Marker (Fibroblasten) wiedererlangt hatten. Dies wurde durch die Beobachtung der Kollagenproduktion in den umprogrammierten Zellen bestätigt.

Das Alter ist nicht nur eine Zahl

Um zu zeigen, dass sich die Zellen verjüngt hatten, suchten die Forscher nach Veränderungen in den Merkmalen des Alterns. Diljeet Gill, Postdoktorandin in Wolf Reiks Labor am Institut, die die Arbeit als Doktorandin durchführte, erklärte: „Unser Verständnis des Alterns auf molekularer Ebene hat sich im letzten Jahrzehnt weiterentwickelt und Techniken hervorgebracht, die Forschern Messungen ermöglichen.“ altersbedingte biologische Veränderungen in menschlichen Zellen. Wir konnten dies auf unser Experiment anwenden, um das Ausmaß der Neuprogrammierung unserer neuen Methode zu bestimmen.“

Die Forscher untersuchten mehrere Messungen des Zellalters. Die erste ist die epigenetische Uhr, bei der im gesamten Genom vorhandene chemische Markierungen das Alter anzeigen. Das zweite ist das Transkriptom, also alle von der Zelle produzierten Gen-Readouts. Durch diese beiden Messungen entsprachen die umprogrammierten Zellen dem Profil von Zellen, die im Vergleich zu Referenzdatensätzen 30 Jahre jünger waren.

Die potenziellen Anwendungen dieser Technik hängen davon ab, dass die Zellen nicht nur jünger aussehen, sondern auch wie junge Zellen funktionieren. Fibroblasten produzieren Kollagen, ein Molekül, das in Knochen, Hautsehnen und Bändern vorkommt und dabei hilft, Gewebe zu strukturieren und Wunden zu heilen. Die verjüngten Fibroblasten produzierten mehr Kollagenproteine ​​als Kontrollzellen, die den Umprogrammierungsprozess nicht durchliefen. Fibroblasten wandern auch in Bereiche, die repariert werden müssen. Die Forscher testeten die teilweise verjüngten Zellen, indem sie einen künstlichen Schnitt in einer Zellschicht in einer Schale erzeugten. Sie fanden heraus, dass ihre behandelten Fibroblasten schneller in die Lücke wanderten als ältere Zellen. Dies ist ein vielversprechendes Zeichen dafür, dass diese Forschung eines Tages schließlich dazu genutzt werden könnte, Zellen zu schaffen, die besser in der Lage sind, Wunden zu heilen.

In Zukunft könnte diese Forschung auch andere therapeutische Möglichkeiten eröffnen; Die Forscher beobachteten, dass ihre Methode auch Auswirkungen auf andere Gene hatte, die mit altersbedingten Krankheiten und Symptomen in Zusammenhang stehen. Der APBA2 gen, das mit der Alzheimer-Krankheit assoziiert ist, und das MAF gen mit einer Rolle bei der Entstehung von Katarakten, beide zeigten Veränderungen in Richtung jugendlicher Transkriptionsniveaus.

Der Mechanismus hinter der erfolgreichen vorübergehenden Neuprogrammierung ist noch nicht vollständig verstanden und ist das nächste Puzzleteil, das es zu erforschen gilt. Die Forscher spekulieren, dass Schlüsselbereiche des Genoms, die an der Gestaltung der Zellidentität beteiligt sind, dem Umprogrammierungsprozess entgehen könnten.

Diljeet kam zu dem Schluss: „Unsere Ergebnisse stellen einen großen Fortschritt in unserem Verständnis der Zellreprogrammierung dar. Wir haben bewiesen, dass Zellen verjüngt werden können, ohne ihre Funktion zu verlieren, und dass die Verjüngung darauf abzielt, alten Zellen eine gewisse Funktion zurückzugeben. Die Tatsache, dass wir auch eine Umkehrung gesehen haben.“ Die Untersuchung von Alterungsindikatoren in krankheitsassoziierten Genen ist für die Zukunft dieser Arbeit besonders vielversprechend.“

Professor Wolf Reik, Gruppenleiter im Forschungsprogramm Epigenetik, der kürzlich die Leitung des Altos Labs Cambridge Institute übernommen hat, sagte: „Diese Arbeit hat sehr spannende Implikationen. Irgendwann können wir möglicherweise Gene identifizieren, die sich ohne Neuprogrammierung verjüngen, und zwar gezielt.“ Sie zielen darauf ab, die Auswirkungen des Alterns zu reduzieren. Dieser Ansatz verspricht wertvolle Entdeckungen, die einen erstaunlichen therapeutischen Horizont eröffnen könnten.“


Quelle der Geschichte:

Materialien zur Verfügung gestellt von Babraham-Institut. Hinweis: Der Inhalt kann hinsichtlich Stil und Länge bearbeitet werden.


Zeitschriftenreferenz:

  1. Diljeet Gill, Aled Parry, Fátima Santos, Hanneke Okkenhaug, Christopher D Todd, Irene Hernando-Herraez, Thomas M Stubbs, Inês Milagre, Wolf Reik. Multiomische Verjüngung menschlicher Zellen durch vorübergehende Reprogrammierung in der Reifungsphase. eLife, 2022; 11 DOI: 10.7554/eLife.71624


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