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斯坦福大学领导的研究发现利用干细胞技术可以使衰老的人类细胞再生

斯坦福大学医学院的研究人员进行的一项新研究显示,在被诱导短暂表达涉及胚胎发育的一组蛋白质后,旧的人类细胞会恢复到更加年轻和充满活力的状态。

研究人员还发现,老年小鼠在对现有的肌肉干细胞进行蛋白质修复后,将其重新移植回体内,从而恢复了青春活力。

这种蛋白质被称为Yamanaka因子,通常用于将成年细胞转化为所谓的诱导多能干细胞或iPS细胞。诱导的多能干细胞几乎可以变成体内的任何类型的细胞,无论它们起源于什么细胞。它们在再生医学和药物发现中已经变得很重要。

这项研究发现,在实验室培养皿中诱导老年人细胞短暂表达这些蛋白质,可以逆转许多衰老的分子标志,并使处理过的细胞与年轻细胞几乎没有区别。

“ iPS细胞是由成年细胞制成的,它们既年轻又多能,”妇产科助理教授,小儿转化医学的伍兹家庭系学者Vittorio Sebastiano博士说。“我们一直想知道是否有可能在不引起多能性的情况下简单地倒回老化时钟。现在我们发现,通过严格控制这些蛋白质因子的暴露持续时间,我们可以促进多个人的复兴细胞类型。”

Sebastiano是这项研究的资深作者,该研究将于3月24日在线发表在《自然通讯》上。前研究生Tapash Sarkar博士是本文的主要作者。

研究合著者,神经病学和神经科学教授,斯坦福大学格伦衰老生物学中心主任托马斯·兰多医学博士说:“我们对这些发现感到非常兴奋。”“自2000年代初我们的研究表明,系统性因素可使旧组织年轻化以来,我和我的同事一直在追求组织的复兴。2012年,霍华德·张和我提出了使用重编程因子使细胞和组织恢复活力的概念,并且看到这种方法成功的证据,我们感到非常高兴。”Chang,医学博士,斯坦福大学皮肤病学和遗传学教授。

暴露于蛋白质

塞巴斯蒂亚诺(Sebastiano)实验室的研究人员通过将成年细胞(例如组成皮肤的细胞)在大约两周的时间内反复暴露于一组对早期胚胎发育至关重要的蛋白质中,从而制造出iPS细胞。他们通过将短寿命的每日RNA信息引入成年细胞来实现。RNA信息编码了Yamanaka蛋白的制备说明。随着时间的流逝,这些蛋白质会逆转细胞的命运-将它们沿着发育时间轴向后推,直到它们类似于它们起源的年轻的胚胎样多能细胞。

在此过程中,这些单元不仅释放了其先前身份的任何记忆,而且还恢复了年轻状态。他们通过擦拭DNA清除分子标签来完成这种转化,这些分子标签不仅可以区分皮肤细胞和心肌细胞,还可以区分随着细胞年龄而积累的其他标签。

最近,研究人员开始怀疑是否将成年细胞暴露于Yamanaka蛋白中数天而不是数周即可触发这种年轻的逆转而又不引起全能。实际上,萨尔克生物学研究所的研究人员于2016年发现,在过早衰老的小鼠中简短表达四种山中因子会延长动物的寿命约20%。但是尚不清楚这种方法是否适用于人类。

萨卡(Sarkar)和塞巴斯蒂亚诺(Sebastiano)想知道旧的人类细胞是否会以类似的方式反应,以及这种反应是否仅限于少数几种细胞类型或可推广到许多组织。他们设计了一种方法,利用称为信使RNA的遗传物质在人的皮肤和血管细胞中暂时表达6种重编程因子-4种山中因子和2种其他蛋白质。Messenger RNA在细胞中迅速降解,使研究人员可以严格控制信号的持续时间。

然后研究人员比较了从老年人获得的处理细胞和对照细胞的基因表达模式,以及从年轻人获得的未处理细胞的基因表达模式。他们发现,来自老年人的细胞在暴露于重编程因子后仅四天就显示出老化逆转的迹象。未处理的老年细胞表达与已知衰老途径相关的基因水平更高,而经处理的老年细胞在基因表达模式上更类似于年轻细胞。

当研究人员研究称为甲基的衰老相关化学标签的模式时,这些化学标签可以指示细胞的年代,发现与老年人相比,经过处理的细胞平均比未处理的细胞年轻约1½至3½年。 ,其峰值分别为3½年(在皮肤细胞中)和7½年(在血管内细胞中)。

比较衰老的标志

接下来,他们在年轻人的细胞,老年人的未处理细胞和老年人的未处理细胞之间比较了衰老的几个标志,包括细胞如何感知营养,代谢化合物以产生能量和处理细胞垃圾。

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