【新闻】皮肤细胞重新编程以恢复年轻功能

Babraham 研究所的研究开发了一种方法,可以将人类皮肤细胞“时间跳跃”回30 年,从而在不失去其特殊功能的情况下逆转细胞的衰老时钟。该研究所表观遗传学研究项目的研究人员的工作已经能够部分恢复老年细胞的功能,并恢复生物年龄的分子测量。该研究今天发表在 eLife 杂志上,虽然处于探索的早期阶段,但它可能会彻底改变再生医学。


什么是再生医学?


随着年龄的增长,我们的细胞功能下降,基因组积累了衰老的痕迹。再生生物学旨在修复或替换包括旧细胞在内的细胞。再生生物学中最重要的工具之一是我们创造“诱导”干细胞的能力。这个过程是几个步骤的结果,每个步骤都会擦除一些使细胞特化的标记。从理论上讲,这些干细胞有可能变成任何细胞类型,但科学家们还不能可靠地重建条件以将干细胞重新分化成所有细胞类型。


时光倒流


这种新方法基于获得诺贝尔奖的科学家们用来制造干细胞的技术,通过在整个过程中停止部分重编程,克服了完全消除细胞身份的问题。这使研究人员能够找到重编程细胞之间的精确平衡,使它们在生物学上更年轻,同时仍然能够恢复它们的特殊细胞功能。


2007年,Shinya Yamanaka 是第一位将具有特定功能的正常细胞转化为具有发育成任何细胞类型的特殊能力的干细胞的科学家。使用称为Yamanaka因子的四个关键分子,干细胞重编程的整个过程大约需要 50 天。这种称为“成熟期瞬时重编程”的新方法将细胞暴露于Yamanaka因子仅 13 天。此时,与年龄相关的变化被移除,细胞暂时失去了它们的身份。部分重编程的细胞在正常条件下有时间生长,以观察其特定的皮肤细胞功能是否恢复。基因组分析表明,细胞已经恢复了皮肤细胞(成纤维细胞)的标志物特征,这通过观察重编程细胞中胶原蛋白的产生得到了证实。


年龄不仅仅是一个数字


为了证明细胞已经恢复活力,研究人员寻找了衰老特征的变化。正如该研究所 Wolf Reik 实验室的博士后、博士后 Diljeet Gill 博士所解释的那样:“我们在分子水平上对衰老的理解在过去十年中取得了进展,从而产生了允许研究人员测量衰老的技术。 “人类细胞中与年龄相关的生物学变化。我们能够将其应用于我们的实验,以确定我们的新方法实现的重新编程程度。”


研究人员研究了细胞年龄的多种测量方法。第一个是表观遗传时钟,其中存在于整个基因组中的化学标签表明年龄。第二个是转录组,即细胞产生的所有基因读数。通过这两项测量,与参考数据集相比,重新编程的细胞与年轻 30 岁的细胞的特征相匹配。


这种技术的潜在应用取决于细胞不仅看起来更年轻,而且功能也像年轻细胞。成纤维细胞产生胶原蛋白,这是一种存在于骨骼、皮肤肌腱和韧带中的分子,有助于为组织提供结构和治愈伤口。与未经历重编程过程的对照细胞相比,再生的成纤维细胞产生了更多的胶原蛋白。成纤维细胞也会进入需要修复的区域。研究人员通过在培养皿中的一层细胞中进行人工切割来测试部分恢复活力的细胞。他们发现他们处理过的成纤维细胞比老细胞更快地进入间隙。这是一个有希望的迹象,有朝一日这项研究最终可能被用来制造更能治愈伤口的细胞。


未来,这项研究还可能开辟其他治疗可能性;研究人员观察到,他们的方法还对与年龄相关疾病和症状相关的其他基因产生了影响。与阿尔茨海默病相关的 APBA2 基因和与白内障发展有关的 MAF 基因都显示出向年轻转录水平的变化。


成功的瞬时重编程背后的机制尚未完全了解,这是下一个要探索的难题。研究人员推测,参与塑造细胞身份的基因组关键区域可能会逃脱重编程过程。


Diljeet 总结道:“我们的研究结果代表了我们对细胞重编程的理解向前迈出了一大步。我们已经证明,细胞可以在不丧失其功能的情况下恢复活力,并且恢复活力可以恢复旧细胞的某些功能。


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2022-4-22

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