Изследователи разработиха метод за „скок във времето“ на човешките кожни клетки с 30 години, връщайки назад часовника за стареенето на клетките, без да губят специализираната си функция.
Проучване в изследователската програма на Института за епигенетика "Бабрахам" е успяло частично да възстанови функцията на по-стари клетки, както и да подмлади молекулярните показатели на биологичната възраст. Изследването е публикувано вчера, 7 април 2022 г., в списание eLife и макар да е в ранен етап на проучване, то може да направи революция в регенеративната медицина.
Какво е регенеративна медицина?
С напредването на възрастта способността на клетките ни да функционират намалява и геномът натрупва белези от стареене. Регенеративната биология има за цел да възстанови или замени старите клетки. Един от най-важните инструменти в регенеративната биология е способността ни да създаваме „индуцирани“ стволови клетки. Процесът е резултат от няколко стъпки, всяка от които изтрива някои от характеристиките, които правят клетките специализирани. На теория тези стволови клетки имат потенциала да станат всякакъв тип клетки, но учените все още не могат да пресъздадат надеждно условията за повторно диференциране на стволови клетки във всички типове клетки.
Млади фибробласти на първото изображение, на втория ред двете изображения са след 10 дни, вдясно с терапия, последните два са след 13 дни, вдясно с лечение. Червеното показва възстановеното производство на колаген. Кредит: Fátima Santos, Babraham Institute
Връщане на времето назад
Новият метод, удостоен са Нобелова награда, използван от учените за създаване на стволови клетки, преодолява проблема с пълното изтриване на клетъчната идентичност, като спира препрограмирането на част от процеса. Това позволи на изследователите да намерят точния баланс между препрограмирането на клетките, което ги прави биологично по-млади, като същевременно могат да възвърнат своята специализирана клетъчна функция.
През 2007 г. Шиня Яманака (Shinya Yamanaka) е първият учен, който превръща нормалните клетки, които имат специфична функция, в стволови клетки, които имат специалната способност да се развиват във всеки тип клетки. За пълния процес на препрограмиране на стволови клетки са нужни около 50 дни с помощта на четири ключови молекули, наречени фактори Яманака.
Новият метод, наречен "преходно препрограмиране на фазата на зрялост", излага клетките на факторите Яманака само за 13 дни. В този момент свързаните с възрастта промени се отстраняват и клетките временно губят своята идентичност. На частично препрограмираните клетки е дадено време да растат при нормални условия, за да се наблюдава дали тяхната специфична функция на кожни клетки се е върнала. Анализът на генома показа, че клетките са възвърнали маркери, характерни за клетките на кожата (фибробласти), и това се потвърждава чрез наблюдение на производството на колаген в препрограмираните клетки.
Миграция на фибробластни клетки като част от анализ за заздравяване на рани. Кредит: Фатима Сантос, анализ от Ханеке Окенхауг (Hanneke Okkenhaug)
Възрастта не е просто число
За да покажат, че клетките са били подмладени, изследователите търсят промени в отличителните белези на стареенето. Както обяснява д-р Дилджит Гил (Diljeet Gill), постдокторант в лабораторията на Волф Рейк в Института за епигенетика "Бабрахам", в който е провеждал работата като докторант: „Нашето разбиране за стареенето на молекулярно ниво напредна през последното десетилетие, което поражда техники, които позволяват на изследователите да измерват свързаните с възрастта биологични промени в човешките клетки. Успяхме да приложим това към нашия експеримент, за да определим степента на препрограмиране, постигнато от нашия нов метод."
Изследователите разглеждат множество белези за клетъчната възраст. Първият е епигенетичният часовник, където химическите маркери, присъстващи в целия геном, показват възрастта. Вторият е транскриптомът, всички генни показания, произведени от клетката. По тези две мерки препрограмираните клетки съответстват на профила на клетки, които са с 30 години по-млади в сравнение с референтните набори от данни.
Потенциалните приложения на тази техника зависят от това, че клетките не само изглеждат по-млади, но и функционират като млади клетки.
Фибробластите произвеждат колаген, молекула, намираща се в костите, кожните сухожилия и връзки, помагайки за осигуряване на структура на тъканите и заздравяването на рани. Подмладените фибробласти произвеждат повече колагенови протеини в сравнение с контролните клетки, които не са преминали през процеса на препрограмиране. Фибробластите същотака се преместват в области, които се нуждаят от ремонт. Изследователите тестват частично подмладените клетки, като създават изкуствен разрез в слой от клетки в лабораторен съд. Те откриват, че третираните от тях фибробласти се придвижват към разреза по-бързо от по-старите клетки. Това е обещаващ знак, че един ден това изследване може в крайна сметка да се използва за създаване на клетки, които са по-добри при заздравяването на рани.
В бъдеще това изследване може да отвори и други терапевтични възможности. Изследователите забелязват, че техният метод има ефект и върху други гени, свързани със заболявания и симптоми, идващи с възрастта. Генът APBA2, свързан с болестта на Алцхаймер, и генът MAF с роля в развитието на катарактата, показват промени към младежки нива на транскрипция.
Механизмът, осигурил това успешното преходно препрограмиране, все още не е напълно ясен и е следващото парче от пъзела, което трябва да се изследва. Изследователите предполагат, че ключови области на генома, участващи в оформянето на клетъчната идентичност, могат да избегнат процеса на препрограмиране.
„Нашите резултати представляват голяма стъпка напред в нашето разбиране за клетъчното препрограмиране. Доказахме, че клетките могат да бъдат подмладени, без да губят функцията си и че подмладяването има за цел да възстанови някои функции на старите клетки. Фактът, че видяхме и обратен ефект на индикаторите за стареене в гените, свързани със заболявания, е особено обещаващ за бъдещето на тази работа", заявява д-р Дилджит Гил.
Справка: Multi-omic rejuvenation of human cells by maturation phase transient reprogramming, eLife, 2022. DOI: 10.7554/eLife.71624
Източник: Old skin cells reprogrammed to regain youthful function
Babraham Institute
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари