Kun istut täällä ja luet tätä artikkelia, solusi työskentelevät pois kehossasi suorittaen kaikkia erilaisia biokemiallisia reaktioita, jotka ovat välttämättömiä sinun jatkamiseksi. Syödessään ne keräävät mutaatioita, aiheuttavat ympäristömyrkkyjä ja yrittävät parhaansa mukaan imeä ravinteita vähemmän kuin täydellisestä ruokavaliosta.
Ajan myötä solumme alkavat heiketä. Aiemmin valmiit biologiset sotilaamme, työntekijämme ja suojelijamme eivät ole enää entisiä. Vanhenemme… jatkuvasti. Jotkut optimistiset tutkijat pitävät tätä yleisesti hyväksyttyä tosiasiaa nyt enemmän tilapäisenä esteenä viimeaikaisten löytöjen vuoksi, joiden pitkäikäisyys on täynnä puhetta kuolemattomuudesta.
Miksi äkillinen muutos, saatat kysyä? Itse asiassa kuolemattomuuden etsiminen ei ole uusi muoti. Nuoruuden lähdettä ja ikuisen elämän eliksiirejä on etsitty ihmiskunnan itsensä kynnyksellä. Viimeaikaiset kokeet pitkäikäisyyden alalla ovat kuitenkin tuoneet esiin uusia mielenkiintoisia havaintoja, jotka saavat meidät miettimään, onko ikääntyminen todella väistämätöntä vai onko se vain uusi sairaus, jonka parannuskeino odottaa löytöämme.
Alla olevissa osioissa käsittelen kolmea keskeistä koetta kahden viime vuosikymmenen ajalta, jotka ovat edistäneet merkittävästi pitkäikäisyyden ja terveyteen tähtäävä tutkimusta. Nämä tutkimukset tekevät selväksi, että jos tällainen polku kuolemattomuuteen on olemassa, se ei ole piilossa olevassa suihkulähteessä tai taikajuomassa, vaan pikemminkin omien solujemme ja kudostemme piilotetun maailman ymmärtämisessä.
Parabioositutkimukset
Nuoruuden tunnusmerkki on kehon kyky progenitorisolut vanhojen tai vaurioituneiden solujen korvaamiseksi uusilla. Iän myötä tämä kyky hiipuu, emmekä enää pysty täydentämään kudoksiamme uusilla soluilla samalla teholla. Tämä johtaa ongelmiin, kuten lihasten surkastumiseen ja elinten toiminnan heikkenemiseen. Stanfordin tutkija tohtori Thomas Rando ja kollegat julkaisivat vuonna 2005 artikkelin, jossa tutkittiin iän vaikutuksia satelliittisolujen, eräänlaisen lihastyypin, kykyyn. progenitorisolulisääntymään ja uusiutumaan. (Conboy et ai., 2005). Tämän laboratorion aiemmat tutkimukset osoittivat, että ikääntyneiden satelliittisolujen heikkenevä kyky tuottaa uusia soluja (alias "regeneratiivista potentiaalia") ei johtunut solun sisäisistä muutoksista, vaan pikemminkin ulkoisten regeneraatiota aktivoivien vihjeiden puutteesta ympäristöstä. (Conboy et ai., 2003). Toisin sanoen itse solussa ei ollut vikaa, vaan sen ympäristössä, joka sai sen lopettamaan uusiutumisen.
Verenkiertojärjestelmä on ravinteiden jakelujärjestelmä, joka auttaa muokkaamaan solun ympäristöä. Se tekee tämän toimittamalla soluun materiaalit, joita se tarvitsee toimiakseen. Vuonna 2005 Rando-laboratorio kysyi, voisiko ikääntyneen organismin verenkiertoelimen korvaaminen nuoremman eläimen verenkiertoelinten kanssa palauttaa aktivoitumisen ja nopea lisääntyminen ikääntyneistä satelliittisoluista. Tutkiakseen tätä kysymystä Rando-laboratorion tutkijat yhdistivät kirurgisesti nuoren ja vanhan hiiren verenkiertoelimistön parabioosiksi kutsutulla menetelmällä. Hiirten verenkiertojärjestelmien synkronoinnin jälkeen ikääntyneiden hiirten satelliittisolut pystyivät paremmin luomaan uusia soluja, joilla oli samanlainen regeneraatiopotentiaali kuin satelliittisoluilla nuorissa hiirissä. Lisätutkimuksessa dokumentoitiin myös parabioosin vaikutus eliniän pidentämiseen. Tässä tutkimuksessa hiiriä yhdistettiin parabioosilla vain kolme kuukautta ennen kuin ne erotettiin. Altistuminen nuorekkaammalle verenkiertoelimistölle pidensi hiirien elinikää 125 viikosta 130 viikkoon, mikä pidentää elinikää yhteensä 5 % (Zhang et al., 2021).
Virkistävä aivo-selkäydinneste
Vaikka parabioositutkimukset olivat jännittävä edistysaskel, niiden vaikutukset rajoittuivat kudoksiin, jotka ovat paremmin saatavilla verenkiertoelimistöön. The keskushermosto (CNS) sitä vastoin ei ole niin helposti saatavilla. Keskushermostoa suojaa veri-aivoesteen, tiiviisti liittyneiden epiteelisolujen järjestelmä, joka suojaa hermostoamme veressämme kiertäviltä mahdollisesti haitallisilta bakteereilta ja viruksilta. Kun keskushermostomme solut ikääntyvät, meillä on suurempi riski sairastua hermostoa rappeutuviin sairauksiin, kuten Alzheimerin ja Parkinsonin tauti. Siksi tavan löytäminen keskushermoston solujen nuorentamiseksi on myös erittäin tärkeää terveyden ja pitkäikäisyyden kannalta.
Tämän huolen ratkaisemiseksi Stanfordin tutkijat tohtori Tal Iram ja tohtori Tony Wyss-Coray tutkivat, voisiko soluympäristön täydentämisellä olla samanlaisia ikääntymistä estäviä vaikutuksia keskushermostossa kuin muissa kudoksissa. Sen sijaan, että he olisivat yhdistäneet vanhojen ja nuorten hiirten verenkiertojärjestelmät (mahdollistaen veren ja plasman vaihdon), he suorittivat aivo-selkäydinnestesiirron – menettelyn, joka vaihtoi aivojen selkäydinneste (CSF) nuorten hiirten kanssa.
Tohtori Wyss-Coray ja tohtori Iram osoittivat tutkimuksessaan, että nuorten aivo-selkäydinnesteen (sekä hiiristä että ihmisistä) infuusio vanhojen hiirten kammiojärjestelmään paransi ikääntyneiden eläinten keskushermostosolujen avaintoimintoja. Erityisesti CSF-siirto lisäsi proliferaatiota ja erilaistuminen oligodendrosyyttien progenitorisolujen (OPC) populaatioista. OPC:t ovat soluja, jotka synnyttävät kypsiä oligodendrosyyttejä, eräänlaista gliasolua aivoissa, jotka vastaavat hermosolujen käärimisestä rasvaa johtavaan aineeseen, nimeltään myeliini, joka auttaa hermosolujen kommunikaatiossa.
Iän myötä tilavuus valkea aine (aivomme kudos, joka koostuu myelinisoituneista neuroneista) vähenee, mikä vaikuttaa negatiivisesti kognitiiviseen toimintaan. Siksi yksi tohtori Wyss-Corayn ja tohtori Iramin tuloksista on se, että OPC:iden palauttaminen voisi estää valkoisen aineen häviämisen ja estää kognitiivisen heikkenemisen ikääntyessämme. Mielenkiintoista on, että toinen Wyss-Coray-laboratorion tutkimus vuonna 2014 osoitti myönteisiä vaikutuksia kognitiiviseen toimintaan ja synaptinen plastisuus vanhemmilla hiirillä parabioosileikkauksen jälkeen (Villeda et al., 2014).
Nämä parabioosi- ja CSF-siirtotutkimukset olivat perustavanlaatuisia määritettäessä solun ympäristön merkitystä sen toiminnalle ja biologiselle ikääntymiselle, mutta ne eivät vastanneet seuraavaan tärkeään kysymykseen: Jos tiedämme, että ympäristössä on jotain vialla, mikä siinä on vikana? Tähän kysymykseen vastaaminen antaisi meille mahdollisuuden kehittää hoitoja solujemme ympäristön muuttamiseksi, jolloin ne voisivat palata takaisin nuorekkaampaan itseensä.
Horváthin kello
Wyss-Coray- ja Rando-tutkimukset osoittivat meille, mitä solujemme ulkopuolella tapahtuu, mutta entä mitä tapahtuu sisällä? Jos sukeltaisimme soluihimme plasmakalvon ohi, sytosolin ohi ja ytimeen - solun komentokeskukseen - löytäisimme DNA:mme. DNA:ta voidaan pitää kokoelmana ohjeita, joita solumme käyttävät toimiakseen. Lisäksi DNA:ssamme on niin kutsuttu epigenomi, merkintöjen kuvio, joka sijaitsee geeniemme päällä ja säätelee missä ja milloin ne ilmentyvät solussa. Iän myötä epigeneettiset kuviot, kuten DNA: n metylaatio vaikuttaa geeni ilmaisu. Joissakin tapauksissa tiettyjen DNA-metylaatiomallien kerääntyminen tai menettäminen voi aiheuttaa pitkäikäisyyteen liittyvien geenien tukahduttamista (Salas-Pérez et al., 2019). Tämä heikentää solujen toimintaa ja saa meidät lopulta näyttämään, tuntemaan ja toimimaan vanhemmiksi. Vuonna 2011 tohtori Steve Horvath, ihmisen genetiikan ja biostatistiikan tutkija UCLA:sta, luonnehti korrelaatio DNA:n metylaatiomallien ja ikääntymisen välillä, mikä luo uuden biokemiallisen vertailukohdan solujen terveydelle, jota tutkijat kutsuvat nyt epigeneettiseksi kelloksi (Blocklandt et al., 2011; Horvath, 2013).
Heti kun tieto Horvathin epigeneettisestä kellosta tuli, tiedemiehet alkoivat innokkaasti tutkia mahdollisuutta kääntää epigeneettisiä kuvioita kellon kääntämiseksi taaksepäin (Rando & Chang, 2012). Tutkimukset raportoivat, että terveiden henkilökohtaisten elämäntapojen, kuten liikunnan ja hyvän ruokavalion, säilyttäminen voi auttaa soluja säilyttämään epigeneettisiä malleja, jotka muistuttavat enemmän nuorempien solujen kuvioita, mutta nämä muutokset voivat vain kääntää kelloa taaksepäin (Quach et al., 2017). ). Tutkijat etsivät nyt muita tapoja muokata epigenomia. Käytössämme olevilla uusilla työkaluilla, mm CRISPR, meidän on mahdollista mennä sisään ja muuttaa manuaalisesti DNA:mme epigeneettisiä malleja. Tällä rintamalla tehdään tällä hetkellä paljon työtä (esim. Lau ja Suh et al., 2017), mutta on tärkeää huomata, että emme vieläkään tiedä, missä määrin epigenomi vaikuttaa suoraan ikääntymisprosessiin ja onko sen muokkaamisella on aiottu ikääntymistä estävä vaikutus.
Tiivistettynä…
Nämä tutkimukset osoittavat, että olemme hyvällä tiellä avataksemme pidennetyn elämän tieteelliset salaisuudet. On sanottu, että ensimmäinen 150-vuotiaaksi elävä ihminen on jo syntynyt!
Viimeaikaiset edistysaskeleet huomioon ottaen on vaikea kuvitella, että emme pystyisi pidentämään ihmiselämää nykyisen rajansa yli. Mutta siitä, onko ikääntyminen vain toinen sairaus, joka odottaa hoitoa, on keskustelun aihe. Vain aika näyttää, voiko tiede voittaa kuolevaisuuden.
Vaikka jotkut uskovat, että meidän ei pitäisi ollenkaan osallistua tähän älypeliin, yksi asia on varma: uteliaisuus on olennainen osa ihmisyyttämme ja niin kauan kuin elämme, uteliaisuutemme saa meidät aina etsimään vastauksia tähän pysyvään kysymykseen. .
Vain aika näyttää, voiko tiede voittaa kuolevaisuuden
Author
Arielle Hogan sai BS-tutkinnon biologiassa ja BA-tutkinnon ranskaksi Virginian yliopistosta. Hän jatkaa nyt tohtorintutkintoa. Neurosciencessa NSIDP-ohjelmassa UCLA:ssa. Hänen tutkimuksensa keskittyy keskushermoston vammoihin ja hermoston korjaamiseen. Erityisesti hän tutkii differentiaalisia sisäisiä transkriptioohjelmia, jotka mahdollistavat PNS:n regeneraation, ja tutkii, kuinka nämä transkriptio-ohjelmat voidaan indusoida keskushermoston vauriomalleissa regeneraatiota edistämiseksi. Hän nauttii myös biomekatroniikasta ja aivo-konerajapinnasta (BMI) oppimisesta sekä osallistumisesta tieteen edistämiseen ja opetukseen. Laboratorion ulkopuolella hän viettää aikaa harjoitellen ranskaa, pelaamalla koripalloa, katsomalla elokuvia (jopa huonoja) ja matkustaen. Lisätietoja Arielle Hoganista on hänen koko profiilissaan.
Viitteet
Bocklandt, S., Lin, W., Sehl, ME, Sánchez, FJ, Sinsheimer, JS, Horvath, S. ja Vilain, E. (2011). Epigeneettinen iän ennustaja. PLoS One, 6(6), e14821. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0014821
Conboy, IM, Conboy, MJ, Wagers, AJ, Girma, ER, Weissman, IL ja Rando, TA (2005). Ikääntyneiden progenitorisolujen nuorentaminen altistamalla nuorelle systeemiselle ympäristölle. luonto, 433(7027), 760-764. https://doi.org/10.1038/nature03260
Conboy, IM, Conboy, MJ, Smythe, GM ja Rando, TA (2003). Lovivälitteinen regeneratiivisen potentiaalin palauttaminen ikääntyneelle lihakselle. Tiede (New York, NY), 302(5650), 1575-1577. https://doi.org/10.1126/science.1087573
Horváth S. (2013). Ihmiskudosten ja solutyyppien DNA-metylaatioikä. Genome 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). Nuori CSF palauttaa oligodendrogeneesin ja muistin vanhoissa hiirissä Fgf17:n kautta. luonto, 605(7910), 509-515. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04722-0
Lau, CH ja Suh, Y. (2017). Genomi- ja epigenomieditointi ihmisen ikääntymisen ja ikääntymiseen liittyvien sairauksien mekanistisissa tutkimuksissa. 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). Ruokavalion, liikunnan, koulutuksen ja elämäntapatekijöiden epigeneettinen kelloanalyysi. Vanheneminen, 9(2), 419-446. https://doi.org/10.18632/aging.101168
Rando, TA ja Chang, HY (2012). Ikääntyminen, nuorentaminen ja epigeneettinen uudelleenohjelmointi: ikääntymiskellon nollaus. Solu, 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 ja Martínez, JA (2019). DNA:n metylaatio pitkäikäisyyttä säätelevien reittien geeneissä: yhteys liikalihavuuteen ja metabolisiin komplikaatioihin. Vanheneminen, 11(6), 1874-1899. https://doi.org/10.18632/aging.101882
Telano LN, Baker S. Fysiologia, aivoselkäydinneste. [Päivitetty 2022. heinäkuuta 4]. Julkaisussa: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2022 tammikuu- Saatavilla: 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 ja Wyss-Coray, T. (2014). Nuori veri kumoaa ikään liittyviä kognitiivisten toimintojen ja synaptisen plastisuuden heikentymiä hiirillä. Luonto lääketiede, 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
Tämä artikkeli on alun perin ilmestynyt Neuronien tunteminen
