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老舊皮膚細胞重新編程以恢復年輕功能

老舊皮膚細胞重新編程以恢復年輕功能
  • 研究人員部分恢復了老化皮膚細胞的功能,使生物年齡的分子標記恢復活力。 

  • 他們用表觀遺傳時鐘測量了生物年齡,其中整個基因組中存在的化學標籤指示年齡,以及轉錄組或細胞產生的所有基因讀數。

  • 透過這兩項測量,重編程細胞的特徵與參考資料集年輕 30 歲的細胞相符。 

  • 這些細胞不僅看起來更年輕,而且功能也像年輕細胞一樣,因為恢復活力的成纖維細胞產生更多的膠原蛋白,並更快地進入需要修復的區域。 

這篇文章發表在 sciencedaily.com 上:

Babraham 研究所的研究開發出一種方法,可以將人類皮膚細胞「時間跳躍」30 年,使細胞的衰老時鐘倒轉,同時又不喪失其特殊功能。 該研究所表觀遺傳學研究計畫的研究人員的工作已經能夠部分恢復衰老細胞的功能,並恢復生物年齡的分子測量。 該研究今天發表在雜誌上 電子生活 雖然處於探索的早期階段,但它可能會徹底改變再生醫學。

什麼是再生醫學?

隨著年齡的增長,我們細胞的功能能力會下降,基因組也會累積老化的痕跡。 再生生物學旨在修復或替換細胞,包括舊細胞。 再生生物學最重要的工具之一是我們創造「誘導」幹細胞的能力。 這個過程是幾個步驟的結果,每個步驟都會擦除一些使細胞特化的標記。 理論上,這些幹細胞有潛力成為任何細胞類型,但科學家尚無法可靠地重建幹細胞重新分化為所有細胞類型的條件。

時光倒流

這種新方法基於科學家用來製造幹細胞的諾貝爾獎獲獎技術,透過在整個過程中部分停止重編程,克服了完全消除細胞身份的問題。 這使得研究人員能夠找到重編程細胞之間的精確平衡,使它們在生物學上更年輕,同時仍能恢復其特殊的細胞功能。

2007年,山中伸彌(shinya yamanaka)成為第一位將具有特定功能的正常細胞轉變為具有發育成任何細胞類型的特殊能力的幹細胞的科學家。 使用稱為山中因子的四種關鍵分子,幹細胞重編程的整個過程大約需要 50 天。 這種新方法被稱為“成熟期瞬時重編程”,將細胞暴露在山中因子下僅 13 天。 此時,與年齡相關的變化被消除,細胞暫時失去了它們的特性。 部分重編程的細胞在正常條件下有時間生長,以觀察它們的特定皮膚細胞功能是否恢復。 基因組分析表明,細胞已經恢復了皮膚細胞(成纖維細胞)的標記特徵,這一點透過觀察重編程細胞中膠原蛋白的產生得到了證實。

年齡不僅僅是一個數字

為了證明細胞已經恢復活力,研究人員尋找老化標誌的變化。 正如該研究所 wolf reik 實驗室的博士後 diljeet gill 博士所解釋的那樣:「我們在分子層面上對衰老的理解在過去十年中取得了進步,催生了允許研究人員測量衰老的技術。我們能夠將其應用到我們的實驗中,以確定我們的新方法所實現的重新編程的程度。

研究人員研究了細胞年齡的多種測量方法。 第一個是表觀遺傳時鐘,整個基因組中存在的化學標籤表明年齡。 第二個是轉錄組,即細胞產生的所有基因讀取。 透過這兩項測量,重編程細胞的特徵與參考資料集年輕 30 歲的細胞相符。

這項技術的潛在應用不僅取決於細胞看起來更年輕,而且還取決於細胞的功能是否像年輕細胞一樣。 成纖維細胞產生膠原蛋白,這是一種存在於骨骼、皮膚肌腱和韌帶中的分子,有助於為組織提供結構並治癒傷口。 與未經歷重編程過程的對照細胞相比,恢復活力的纖維母細胞產生更多的膠原蛋白。 成纖維細胞也會進入需要修復的區域。 研究人員透過在培養皿中的一層細胞上進行人工切口來測試部分恢復活力的細胞。 他們發現,經過處理的纖維母細胞比老細胞更快進入間隙。 這是一個有希望的跡象,表明有一天這項研究最終可以用於創造更能治癒傷口的細胞。

未來,這項研究還可能開啟其他治療的可能性; 研究人員觀察到,他們的方法也對與年齡相關疾病和症狀相關的其他基因產生影響。 這 APBA2 與阿茲海默症相關的基因 MAF 基因在白內障的發展中發揮作用,兩者都顯示出向年輕轉錄水平的變化。

成功的瞬時重編程背後的機制尚未完全了解,這是下一個需要探索的難題。 研究人員推測,基因組中參與塑造細胞身份的關鍵區域可能會逃脫重編程過程。

Diljeet 總結道:「我們的結果代表了我們對細胞重編程的理解向前邁出了一大步。我們已經證明,細胞可以在不失去功能的情況下恢復活力,並且恢復活力看起來可以恢復舊細胞的某些功能。

表觀遺傳學研究計畫的組長wolf reik 教授最近調任altos labs 劍橋研究所的負責人,他說:「這項工作具有非常令人興奮的意義。最終,我們可能能夠識別出無需重新編程即可恢復活力的基因,特別是針對這些因素來減少衰老的影響,這種方法有望帶來有價值的發現,從而開闢令人驚嘆的治療前景。


故事來源:

材料 由...提供 巴布拉罕學院. 注意:內容的風格和長度可能會被編輯。


期刊參考:

  1. 迪爾吉特·吉爾、阿萊德·帕里、法蒂瑪·桑托斯、漢內克·奧肯豪格、克里斯托弗·D·托德、艾琳·埃爾南多-赫拉茲、托馬斯· M·斯塔布斯、伊內斯·米拉格雷、沃爾夫·雷克。 透過成熟期瞬時重編程實現人類細胞的多組學復興. 電子生活, 2022; 11 數字編號: 10.7554/埃萊夫.71624


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