Kiedy siedzisz i czytasz ten artykuł, twoje komórki pracują w twoim ciele, wykonując wszystkie różnorodne reakcje biochemiczne niezbędne, abyś mógł iść dalej. Kiedy się połykają, gromadzą mutacje, znoszą toksyny środowiskowe i starają się wchłaniać składniki odżywcze z niedoskonałej diety.
Wraz z upływem czasu nasze komórki zaczynają słabnąć. Nasi niegdyś gotowi biologiczni żołnierze, robotnicy i obrońcy nie są już tym, czym byli kiedyś. Starzejemy się… stale. Ten powszechnie akceptowany fakt jest obecnie uważany przez niektórych optymistycznie nastawionych badaczy za bardziej tymczasową przeszkodę ze względu na ostatnie odkrycia, w których pole długowieczności jest pełne rozmów o nieśmiertelności.
Możesz zapytać, dlaczego ta nagła zmiana? Cóż, prawdę mówiąc, poszukiwanie nieśmiertelności nie jest nową modą. Wyprawy po fontannę młodości i eliksiry życia wiecznego istnieją od zarania ludzkości. Jednak ostatnie eksperymenty w dziedzinie długowieczności przyniosły interesujące nowe obserwacje, które sprawiają, że zastanawiamy się, czy starzenie się naprawdę jest nieuniknione, czy też jest to tylko kolejna choroba z lekarstwem czekającym na nasze odkrycie.
W poniższych sekcjach omówię trzy kluczowe eksperymenty z ostatnich dwóch dekad, które w znacznym stopniu rozwinęły dziedzinę długowieczności i zdrowie-zdrowie Badania. Badania te jasno pokazują, że jeśli taka droga do nieśmiertelności istnieje, to nie leży ona w jakiejś ukrytej fontannie lub magicznej miksturze, ale raczej w zrozumieniu ukrytego świata w naszych własnych komórkach i tkankach.
Badania parabiozy
Cechą charakterystyczną młodości są zdolności organizmu Komórki progenitorowe wymienić stare lub uszkodzone ogniwa na nowe. Z wiekiem ta zdolność zanika i nie jesteśmy już w stanie uzupełniać naszych tkanek nowymi komórkami z taką samą wydajnością. Prowadzi to do problemów, takich jak zanik mięśni i pogorszenie funkcji narządów. W 2005 r. naukowiec ze Stanford, dr Thomas Rando wraz z kolegami, opublikowali artykuł badający wpływ wieku na zdolność komórek satelitarnych, rodzaju mięśni Komórka progenitorowa, rozmnażać się i regenerować. (Conboy i in., 2005). Wcześniejsze badania przeprowadzone przez to laboratorium wykazały, że zmniejszająca się zdolność starszych komórek satelitarnych do generowania nowych komórek (tzw. „potencjał regeneracyjny”) nie była spowodowana wewnętrznymi zmianami w komórce, ale raczej brakiem zewnętrznych sygnałów aktywujących regenerację ze środowiska. (Conboy i in., 2003). Innymi słowy, nie było coś nie tak z samą komórką, ale raczej z jej otoczeniem, co spowodowało, że przestała się regenerować.
Układ krążenia to system dostarczania składników odżywczych, który pomaga kształtować środowisko komórki. Czyni to, dostarczając komórce materiały potrzebne do funkcjonowania. W 2005 r. laboratorium Rando zapytało, czy zastąpienie układu krążenia starszego organizmu systemem młodszego zwierzęcia może przywrócić aktywację i proliferacja starzejących się komórek satelitarnych. Aby zbadać to pytanie, naukowcy z laboratorium Rando połączyli chirurgicznie układ krążenia młodej i starej myszy w procedurze zwanej parabiozą. Po zsynchronizowaniu układów krążenia myszy komórki satelitarne starszych myszy były w stanie lepiej generować nowe komórki wykazujące potencjał regeneracyjny podobny do potencjału komórek satelitarnych u młodych myszy. W dodatkowym badaniu udokumentowano również wpływ parabiozy na wydłużenie życia. W tym badaniu myszy były połączone przez parabiozę tylko przez trzy miesiące, zanim zostały rozdzielone. Narażenie na bardziej młodzieńczy układ krążenia wydłużyło żywotność myszy ze 125 do 130 tygodni, ogólnie zwiększając długość życia o 5% (Zhang i wsp., 2021).
Odmładzający płyn mózgowo-rdzeniowy
Chociaż badania nad parabiozą były ekscytującym krokiem naprzód, ich implikacje ograniczały się do tkanek bardziej dostępnych dla układu krążenia. The centralny układ nerwowy (CNS), z drugiej strony, nie jest tak łatwo dostępny. OUN jest chroniony przez bariera krew-mózg, system ściśle połączonych komórek nabłonkowych, który chroni nasz układ nerwowy przed potencjalnie szkodliwymi bakteriami i wirusami krążącymi we krwi. W miarę starzenia się komórek naszego OUN stajemy się bardziej narażeni na rozwój chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera i Choroba Parkinsona. Dlatego znalezienie sposobu na odmłodzenie komórek OUN jest również niezwykle ważne dla zachowania zdrowia i długowieczności.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy ze Stanford, dr Tal Iram i dr Tony Wyss-Coray, zbadali, czy uzupełnianie środowiska komórkowego może mieć podobne działanie przeciwstarzeniowe w OUN, jak w innych tkankach. Zamiast łączyć układ krążenia myszy starych i młodych (pozwalając na wymianę krwi i osocza), wykonali transfuzję płynu mózgowo-rdzeniowego – procedurę, która polegała na wymianie płyn mózgowo-rdzeniowy (CSF) starych myszy z młodymi myszami.
W swoich badaniach dr Wyss-Coray i dr Iram wykazali, że wlew młodego płynu mózgowo-rdzeniowego (zarówno myszy, jak i ludzi) do układu komorowego starych myszy poprawił kluczowe funkcje w komórkach OUN starszych zwierząt. W szczególności transfuzja płynu mózgowo-rdzeniowego zwiększyła proliferację i rozróżnianie populacji komórek progenitorowych oligodendrocytów (OPC). OPC to komórki, z których powstają dojrzałe oligodendrocyty, rodzaj komórki glejowej w mózgu odpowiedzialnej za owijanie naszych neuronów w tłuszczową substancję przewodzącą zwaną mieliną, która pomaga w komunikacji neuronalnej.
Wraz z wiekiem objętość Biała materia (tkanka w naszych mózgach złożona z mielinowanych neuronów) zmniejsza się, negatywnie wpływając na funkcje poznawcze. Dlatego jedną z implikacji wyników dr Wyss-Coray i dr Irama jest to, że przywrócenie OPC może przeciwdziałać utracie istoty białej i hamować spadek funkcji poznawczych wraz z wiekiem. Co ciekawe, inne badanie przeprowadzone w laboratorium Wyss-Coray w 2014 r. wykazało pozytywny wpływ na funkcje poznawcze i plastyczność synaptyczna u starszych myszy po przejściu operacji parabiozy (Villeda et al., 2014).
Te badania nad parabiozą i transfuzją płynu mózgowo-rdzeniowego miały fundamentalne znaczenie dla ustalenia znaczenia środowiska komórki dla jej funkcji i biologicznego starzenia się, ale nie dały odpowiedzi na kolejne ważne pytanie: Jeśli wiemy, że coś jest nie tak ze środowiskiem, co konkretnie jest z tym nie tak? Odpowiedź na to pytanie umożliwiłaby nam opracowanie terapii zmieniających środowisko naszych komórek, umożliwiając im powrót do młodszego ja.
Zegar Horvatha
Badania Wyss-Coray i Rando pokazały nam, że to, co dzieje się poza naszymi komórkami, ma znaczenie – ale co z tym, co dzieje się w środku? Gdybyśmy zanurzyli się w naszych komórkach przez błonę plazmatyczną, poza cytozol i do jądra – centrum dowodzenia komórki – znaleźlibyśmy nasze DNA. DNA można traktować jako zbiór instrukcji używanych przez nasze komórki do funkcjonowania. Dodatkowo, nasze DNA ma tak zwany epigenom, wzór oznaczeń, który znajduje się na szczycie naszych genów i reguluje, gdzie i kiedy będą wyrażane w komórce. Z wiekiem wzorce epigenetyczne, takie jak metylacja DNA oddziaływać gen wyrażenie. W niektórych przypadkach nagromadzenie lub utrata pewnych wzorców metylacji DNA może powodować tłumienie genów związanych z długowiecznością (Salas-Pérez i wsp., 2019). To upośledza funkcję komórek i ostatecznie sprawia, że wyglądamy, czujemy się i zachowujemy się starzej. W 2011 roku dr Steve Horvath, badacz genetyki i biostatystyki człowieka na UCLA, scharakteryzował korelacja między wzorcami metylacji DNA a starzeniem się, tworząc nowy biochemiczny punkt odniesienia dla zdrowia komórek, który naukowcy nazywają teraz zegarem epigenetycznym (Blocklandt i in., 2011; Horvath, 2013).
Gdy tylko rozeszła się wiadomość o zegarze epigenetycznym Horvatha, naukowcy zaczęli z zapałem badać możliwość odwrócenia wzorców epigenetycznych, aby cofnąć zegar (Rando i Chang, 2012). Badania wykazały, że utrzymywanie zdrowych wyborów dotyczących stylu życia, takich jak ćwiczenia i dobra dieta, może pomóc komórkom w utrzymaniu wzorców epigenetycznych, które bardziej przypominają te występujące w młodszych komórkach, ale te zmiany mogą jak dotąd tylko cofnąć zegar (Quach i in., 2017 ). Naukowcy szukają teraz innych sposobów edycji epigenomu. Dzięki nowym narzędziom do naszej dyspozycji, takim jak CRISPR, możemy wejść i ręcznie zmienić wzorce epigenetyczne w naszym DNA. Obecnie na tym froncie wykonuje się wiele pracy (tj. Lau i Suh et al., 2017), ale należy zauważyć, że nadal nie wiemy, w jakim stopniu epigenom bezpośrednio przyczynia się do procesu starzenia i czy edytowanie go będzie miało zamierzony efekt przeciwstarzeniowy.
Podsumowując…
Badania te pokazują, że jesteśmy na dobrej drodze do odkrycia naukowych tajemnic przedłużonego życia. Mówi się, że pierwsza osoba, która dożyła 150 lat, już się urodziła!
Biorąc pod uwagę ostatnie postępy, trudno sobie wyobrazić, że nie bylibyśmy w stanie przedłużyć ludzkiego życia poza jego obecny limit. Ale to, czy starzenie się jest po prostu kolejną chorobą oczekującą na wyleczenie, jest kwestią do dyskusji. Tylko czas pokaże, czy nauka może przechytrzyć śmiertelność.
Chociaż niektórzy uważają, że w ogóle nie powinniśmy wchodzić w tę grę sprytu, jedno jest pewne: ciekawość jest integralną częścią naszego człowieczeństwa i dopóki żyjemy, nasza ciekawość zawsze będzie nas skłaniać do poszukiwania odpowiedzi na to nieustające pytanie .
Tylko czas pokaże, czy nauka może przechytrzyć śmiertelność
O autorze
Arielle Hogan uzyskała licencjat z biologii i licencjat z francuskiego na University of Virginia. Obecnie prowadzi doktorat. w Neuroscience w programie NSIDP na UCLA. Jej badania koncentrują się na uszkodzeniach OUN i naprawie neuronów. W szczególności zajmuje się badaniem różnicowych wewnętrznych programów transkrypcyjnych, które pozwalają na regenerację PNS i badaniem, w jaki sposób te programy transkrypcyjne mogą być indukowane w modelach uszkodzenia OUN w celu promowania regeneracji. Lubi również uczyć się o biomechatronice i interfejsie mózg-maszyna (BMI), a także uczestniczyć w popularyzacji nauki i nauczaniu. Poza laboratorium spędza czas ćwicząc francuski, grając w koszykówkę, oglądając filmy (nawet te złe) i podróżując. Aby uzyskać więcej informacji o Arielle Hogan, odwiedź jej pełny profil.
Referencje
Bocklandt, S., Lin, W., Sehl, ME, Sanchez, FJ, Sinsheimer, JS, Horvath, S. i Vilain, E. (2011). Epigenetyczny predyktor wieku. Jeden PUP, 6(6), e14821. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0014821
Conboy, IM, Conboy, MJ, Wagers, AJ, Girma, ER, Weissman, IL i Rando, TA (2005). Odmładzanie starzejących się komórek progenitorowych poprzez ekspozycję na młode środowisko ogólnoustrojowe. Natura, 433(7027), 760-764. https://doi.org/10.1038/nature03260
Conboy, IM, Conboy, MJ, Smythe, GM i Rando, TA (2003). Przywracanie potencjału regeneracyjnego starzejących się mięśni za pośrednictwem Notch. Nauka (Nowy Jork, NY), 302(5650), 1575-1577. https://doi.org/10.1126/science.1087573
Horvath S. (2013). Wiek metylacji DNA w ludzkich tkankach i typach komórek. Genom biologia, 14(10), R115. https://doi.org/10.1186/gb-2013-14-10-r115
Iram, T., Kern, F., Kaur, A., Myneni, S., Morningstar, AR, Shin, H., Garcia, MA, Yerra, L., Palovics, R., Yang, AC, Hahn, O ., Lu, N., Shuken, SR, Haney, MS, Lehallier, B., Iyer, M., Luo, J., Zetterberg, H., Keller, A., Zuchero, JB, Wyss-Coray, T. (2022). Młody CSF przywraca oligodendrogenezę i pamięć u starszych myszy poprzez Fgf17. Natura, 605(7910), 509-515. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04722-0
Lau, CH i Suh, Y. (2017). Edycja genomu i epigenomu w badaniach mechanistycznych starzenia się człowieka i chorób związanych ze starzeniem się. Gerontologia, 63(2), 103-117. https://doi.org/10.1159/000452972
Quach, A., Levine, ME, Tanaka, T., Lu, AT, Chen, BH, Ferrucci, L., Ritz, B., Bandinelli, S., Neuhouser, ML, Beasley, JM, Snetselaar, L., Wallace, RB, Tsao, PS, Absher, D., Assimes, TL, Stewart, JD, Li, Y., Hou, L., Baccarelli, AA, Whitsel, EA, Horvath, S. (2017). Analiza zegara epigenetycznego uwzględniająca dietę, ćwiczenia, wykształcenie i styl życia. Starzenie się, 9(2), 419-446. https://doi.org/10.18632/aging.101168
Rando, TA i Chang, HY (2012). Starzenie się, odmładzanie i przeprogramowanie epigenetyczne: resetowanie zegara starzenia. Komórka, 148(1-2), 46 – 57. https://doi.org/10.1016/j.cell.2012.01.003
Salas-Pérez, F., Ramos-Lopez, O., Mansego, ML, Milagro, FI, Santos, JL, Riezu-Boj, JI i Martínez, JA (2019). Metylacja DNA w genach szlaków regulujących długowieczność: związek z otyłością i powikłaniami metabolicznymi. Starzenie się, 11(6), 1874-1899. https://doi.org/10.18632/aging.101882
Telano LN, Baker S. Fizjologia, Płyn mózgowo-rdzeniowy. [Aktualizacja 2022 lipca 4]. W: StatPearls [Internet]. Wyspa Skarbów (FL): Wydawnictwo StatPearls; 2022 styczeń-. Dostępne od: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK519007/
Villeda, SA, Plambeck, KE, Middeldorp, J., Castellano, JM, Mosher, KI, Luo, J., Smith, LK, Bieri, G., Lin, K., Berdnik, D., Wabl, R., Udeochu, J., Wheatley, EG, Zou, B., Simmons, DA, Xie, XS, Longo, FM i Wyss-Coray, T. (2014). Młoda krew odwraca związane z wiekiem zaburzenia funkcji poznawczych i plastyczności synaptycznej u myszy. Medycyna przyrodnicza, 20(6), 659-663. https://doi.org/10.1038/nm.3569
Zhang, B., Lee, DE, Trapp A., Tyshkovskiy, A., Lu, AT, Bareja, A. Kerepesi, C., Katz, LH, Shindyapina, AV, Dmitriev, SE, Baht, GS, Horvath, S ., Gladyshev, VN, White, JP, bioRxiv 2021.11.11.468258;doi:https://doi.org/10.1101/2021.11.11.468258
Artykuł pierwotnie pojawił się na Znając neurony
