Naukowcy przywracają myszom utracony wzrok oferując wskazówki jak cofnąć proces starzenia

Czy stare i zniszczone komórki pamiętają, jak to było być młodym? Taka jest sugestia nowych badań, w których naukowcy przeprogramowali neurony w oczach myszy, aby były bardziej odporne na uszkodzenia i zdolne do ponownego wzrostu po urazie – podobnie jak komórki młodszych myszy. Badanie sugeruje, że oznaki starzenia i prawdopodobnie klucze do jego odwrócenia leżą w epigenomie, białkach i innych związkach, które zdobią DNA i wpływają na to, które geny są włączane lub wyłączane.

Pomysł, że starzejące się komórki przechowują pamięć ich młodego epigenomu „jest bardzo prowokacyjny” – mówi Maximina Yun, biolog z University of Technology w Dreźnie, która nie brała udziału w tej pracy. Nowe badanie „wspiera ten pomysł, ale w żadnym wypadku tego nie potwierdza” – dodaje. Jeśli naukowcy potrafią powtórzyć te wyniki u innych zwierząt i wyjaśnić ich mechanizm, prace mogą doprowadzić do leczenia chorób oczu u ludzi i nie tylko.

Czynniki epigenetyczne wpływają na nasz metabolizm, naszą podatność na różne choroby, a nawet sposób, w jaki trauma emocjonalna jest przekazywana z pokolenia na pokolenie. Biolog molekularny David Sinclair z Harvard Medical School, który od dawna poszukuje strategii przeciwstarzeniowych, również szukał oznak starzenia w epigenomie.

„Najważniejsze pytanie brzmiało, czy jest przycisk resetowania?” mówi. „Czy komórki wiedziałyby, jak stać się młodsze i zdrowsze?”

W nowym badaniu Sinclair i jego współpracownicy mieli na celu odmłodzenie komórek poprzez wprowadzenie genów kodujących „czynniki przeprogramowania”, które regulują ekspresję genów – odczytywanie DNA w celu wytworzenia białek. Zespół wybrał trzy z czterech czynników, które naukowcy używali od ponad 10 lat do przekształcenia dorosłych komórek w indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste, które przypominają komórki wczesnego zarodka. (Narażenie zwierząt na wszystkie cztery czynniki może powodować guzy.)

Zespół skupił się szczególnie na neuronach w tylnej części oka zwanych komórkami zwojowymi siatkówki. Komórki te przekazują informacje z wrażliwych na światło fotoreceptorów do mózgu za pomocą długich przypominających wąsy struktur zwanych aksonami, które tworzą nerw wzrokowy. Istnieje wyraźny podział między młodością a wiekiem w tych komórkach: embrionalna lub nowonarodzona mysz może zregenerować nerw wzrokowy, jeśli zostanie przerwany, ale ta zdolność z czasem zanika.

Aby sprawdzić, czy ich leczenie może przywrócić część tej odporności, Sinclair i współpracownicy zmiażdżyli nerwy wzrokowe myszy za pomocą kleszczy i wstrzyknęli do oka nieszkodliwego wirusa niosącego geny trzech czynników przeprogramowania. Wstrzyknięcie zapobiegło obumarciu niektórych uszkodzonych komórek zwojowych siatkówki, a nawet skłoniło niektórych do wyhodowania nowych aksonów sięgających z powrotem do mózgu, donosi dziś zespół w Nature.

Kiedy naukowcy przyjrzeli się wzorcom metylacji – umiejscowieniu w DNA znaczników chemicznych zwanych grupami metylowymi, które regulują ekspresję genów – odkryli, że zmiany spowodowane urazem przypominają te w starzejących się komórkach myszy. W niektórych częściach genomu leczenie odwróciło te zmiany. Naukowcy odkryli również, że korzyści z wprowadzonych genów zależały od zdolności komórek do zmiany wzorców metylacji: Myszy pozbawione pewnych enzymów niezbędnych do usunięcia grup metylowych z DNA nie widziały korzyści z leczenia.

„ To ” jest naprawdę coś specjalnego”, mówi Leonard Levin, wizualny neurolog z Uniwersytetu McGill. Eksperymenty wskazują, jak słynne i dobrze zbadane czynniki reprogramowania przywracają komórki. Ale pozostają poważne pytania, mówi: w jaki sposób te czynniki powodują dodawanie lub usuwanie grup metylowych? W jaki sposób ten proces pomaga komórkom zwojowym siatkówki?

Zespół Sinclaira przetestował również to podejście na myszach ze schorzeniem, które ma naśladować jaskrę, która jest główną przyczyną ślepoty związanej z wiekiem u ludzi. W jaskrze nerw wzrokowy ulega uszkodzeniu, często przez wzrost ciśnienia w oku. Sinclair i jego koledzy wstrzyknęli maleńkie koraliki do oczu zwierząt, które uniemożliwiły normalny drenaż i zwiększone ciśnienie, co uszkodziło komórki zwojowe siatkówki.

Cztery tygodnie później ostrość wzroku zwierząt spadła o około 25%, jak zmierzono w teście wzroku, w którym myszy poruszały głowami, śledząc ruch pionowych pasków wyświetlanych na monitorach komputerów. Ale po leczeniu genetycznym zwierzęta odzyskały mniej więcej połowę utraconej ostrości – był to pierwszy objaw przywrócenia wzroku u myszy po urazie przypominającym jaskrę.

Mimo to poprawa ostrości była niewielka, zauważa Levin. Mówi, że leczone myszy były w stosunkowo wczesnym stadium uszkodzenia, a nie w stanie prawie lub całkowitej ślepoty, którego doświadczają ludzie, gdy jaskra nie jest leczona przez lata. Jest więc za wcześnie, aby stwierdzić, czy takie podejście może przynieść korzyści ludziom, którzy stracili wiele ze swojej wizji. Levin dodaje, że istnieją już „bardzo dobre metody leczenia” jaskry we wczesnym stadium, które zapobiegają utracie wzroku za pomocą kropli do oczu z lekami lub operacji obniżających ciśnienie w oku.

W końcowej serii eksperymentów Sinclair i współpracownicy wstrzyknęli geny czynnika przeprogramowania do oczu jednorocznych zdrowych myszy, z grubsza odpowiadających myszom w średnim wieku. Na tym etapie zwierzęta miały ocenę ostrości wzroku o około 15% niższą niż ich 5-miesięczne odpowiedniki. Cztery tygodnie po leczeniu starsze myszy miały podobną ocenę ostrości jak młodsze. W swoich komórkach naukowcy dostrzegli wzorce metylacji DNA i ekspresji genów przypominające te u młodszych zwierząt.

Sinclair mówi, że w trzech seriach eksperymentów komórki wydawały się reagować na czynniki przeprogramowania, dostrajając ekspresję swoich genów, aby odpowiadały młodzieńczemu stanowi. Postrzega to zachowanie jako wskazówkę, że komórki przechowują zapis swojej epigenetycznej przeszłości, mimo że nie jest jasne, jak ten zapis jest przechowywany. Firma, której współzałożycielem jest Sinclair, Life Biosciences, opracowuje metody leczenia chorób związanych ze starzeniem się, w tym jaskry, i mówi, że teraz planuje przetestować bezpieczeństwo tej terapii genowej u większych zwierząt.

Yun mówi, że resetowanie epigenomu „jest bardzo trudne”, jako strategia odwracania procesu starzenia się lub leczenia chorób. Przeprogramowanie komórek do wcześniejszego stanu niesie ze sobą ryzyko niekontrolowanego wzrostu i raka. Przyszłe badania powinny sprawdzić, w jaki sposób te trzy czynniki wpływają na inne typy komórek i tkanek oraz potwierdzić, że przeprogramowane komórki zachowują swój młodzieńczy stan przez długi czas – mówi. „Jest wiele dróg do przebycia”.

Źródło: Kelly Servick

Fat? Thin? Molecular switch may turn obesity on or off

Hidden layer of gene control influences everything from cancer to memory

Parents’ emotional trauma may change their children’s biology. Studies in mice show how

Aging Research’s Family Feud

Adult Cells Relive Their Youth

Reprogramming to recover youthful epigenetic information and restore vision

Zdjęcie: SCIENCE SOURCE

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x