Forscher verjüngen gealterte menschliche Zellen mit Stammzelltechnologie

Wissenschaftler der Stanford University School of Medicine haben die Stammzelltechnologie eingesetzt, um alte menschliche Zellen zur Verjüngung zu zwingen und die Auswirkungen des Alterns auf die Zellen umzukehren. Die Studie ist der erste Schritt zur Entwicklung eines Ansatzes zur Wiederherstellung ganzer Gewebe.

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Yamanaka-Faktoren exprimieren, um das Altern umzukehren

Forscher induzierten Muskelstammzellen älterer Mäuse, um einen spezifischen Satz von Proteinen zu exprimieren, die für die Embryonalentwicklung für kurze Zeit essentiell sind, und stellten fest, dass die älteren Mäuse bei einer Rücktransplantation ihre jugendliche Kraft wiedererlangten.

Die Proteine, zu deren Expression die Stammzellen angeregt wurden, heißen Yamanaka-Faktoren und spielen eine wichtige Rolle bei der Umwandlung adulter Zellen in induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen). Diese Zellen haben das Potenzial, sich in fast alle Zelltypen des menschlichen Körpers zu differenzieren, was dazu geführt hat, dass sie sowohl in der Arzneimittelforschung als auch in der regenerativen Medizin zu einem wichtigen Untersuchungsgebiet geworden sind.

Das Stanford-Team zeigte, dass bei der Induktion von Zellen, die älteren Menschen entnommen wurden, um Yamanaka-Faktoren kurz zu exprimieren, viele Eigenschaften der alternden Zellen umgekehrt wurden, was dazu führte, dass behandelte Zellen fast nicht von jüngeren zu unterscheiden waren.

Umkehrung des Alterns in menschlichen Zellen

Die Studie, die diese Woche in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, beschreibt, wie der Ansatz von der Arbeit inspiriert wurde, die derzeit am Stanford University School of Medicine Lab durchgeführt wird, wo ein Forscherteam iPS-Zellen aus adulten menschlichen Zellen herstellt, indem es sie über einen Zeitraum von zwei Wochen einer Gruppe von Proteinen aussetzt, die für die frühe Embryonalentwicklung relevant sind.

Während dieser Zeit sind adulte Zellen kurzlebigen RNA-Botschaften ausgesetzt, die Anweisungen zur Herstellung von Yamanaka-Proteinen geben. Im Laufe der Zeit haben die Proteine die Wirkung, die Entwicklungszeitlinie der Zelle umzukehren und sie in ihren Zustand als embryonale pluripotente Zelle zurückzudrängen. Bei diesem Prozess wird die DNA der Zelle zurückgesetzt und von molekularen Markierungen befreit, die sich mit zunehmendem Alter der Zelle ansammeln.

Die Forscher überlegten, ob eine Verkürzung des Zeitrahmens der Exposition gegenüber Yamanaka-Proteinen eine jugendliche Reversion in der adulten Zelle induzieren könnte, ohne sie in eine pluripotente Zelle umzuwandeln. Mehrere Studien hatten darauf hingewiesen, dass dies das Ergebnis sein könnte, da Wissenschaftler des Salk Institute for Biological Studies kürzlich herausgefunden haben, dass die Lebensdauer einer Maus mit vorzeitiger Alterung durch Expression der vier Yamanaka-Faktoren um 20% erhöht werden kann.

Um herauszufinden, ob sich menschliche Zellen auf die gleiche Weise verhalten würden, entwarfen Stanford-Forscher ein Experiment, bei dem sie Messenger-RNA verwendeten, um kurz vier Yamanaka-Faktoren sowie zwei andere Proteine in menschlichen Blutgefäßen und Hautzellen von älteren Erwachsenen zu exprimieren. Die Dauer der Exposition gegenüber diesen Faktoren konnte aufgrund des schnellen Abbaus von Boten-RNA in Zellen kontrolliert werden.

Anschließend wurden die Genexpressionsmuster dieser behandelten humanen Zellen analysiert und mit der Genexpression von Kontrollzellen, die ebenfalls aus einer älteren Population gewonnen wurden, sowie mit unbehandelten Zellen aus einer jüngeren Population verglichen.

Die Ergebnisse zeigten, dass die behandelten Zellen nach vier Tagen Exposition Anzeichen einer Altersumkehr zeigten und im Vergleich zu unbehandelten alternden Zellen geringere Mengen der Gene aufwiesen, die mit verschiedenen Alterungswegen zusammenhängen. Die behandelten älteren Zellen ähnelten jüngeren Zellen in Bezug auf ihre Genexpression.

Die Forscher analysierten Methylgruppen der Zellen, die als Indikator für das chronologische Alter dienen. Mit dieser Methode zeigte sich, dass die behandelten Zellen durchschnittlich 1½ bis 3½ Jahre jünger zu sein schienen als die unbehandelten älteren Zellen. Das Team freut sich, dass dies einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der Erforschung der Verjüngung von Geweben darstellt.

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