Γήρανση: Νέα μελέτη γυρνά τα κύτταρα 30 χρόνια πίσω!

Τι είναι η γήρανση σε επίπεδο οργανισμού; Πώς προκαλείται σε κυτταρικό και μοριακό επίπεδο;

Ως γήρανση καλείται η σταδιακή μείωση της φυσικής κατάστασης του οργανισμού που συμβαίνει με την πάροδο του χρόνου και  οδηγεί σε δυσλειτουργία των ιστών και ασθένειες. (Ποια είναι τα φυσιολογικά σημάδια της γήρανσης;) (7 τεχνικές που επιβραδύνουν τους μηχανισμούς γήρανσης)

Σε κυτταρικό και μοριακό επίπεδο, η γήρανση σχετίζεται με:

• μειωμένη λειτουργία
• αλλοιωμένη γονιδιακή έκφραση
• διαταραγμένη επιγενετική εικόνα

Ο επαναπρογραμματισμός σωματικών κυττάρων, δηλαδή η διαδικασία μετατροπής σωματικών κυττάρων σε επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα (iPSCs), μπορεί να αναστρέψει αυτές τις αλλαγές που σχετίζονται με την ηλικία. Ωστόσο, κατά τον επαναπρογραμματισμό του iPSC, η ταυτότητα των σωματικών κυττάρων χάνεται και μπορεί να είναι δύσκολο να επανακτηθεί, καθώς τα επαναδιαφοροποιημένα iPSC συχνά μοιάζουν με εμβρυϊκά παρά με ώριμα ενήλικα κύτταρα. Πρόσφατη εργασία όμως, έχει δείξει ότι το επιγονιδίωμα έχει ήδη αναζωογονηθεί από τη φάση ωρίμανσης του επαναπρογραμματισμού, γεγονός που υποδηλώνει ότι δεν απαιτείται πλήρης επαναπρογραμματισμός iPSC για την αναστροφή της γήρανσης των σωματικών κυττάρων.

Νέα έρευνα κατά της γήρανσης δίνει τη δυνατότητα στα ανθρώπινα κύτταρα να «πηδούν στο χρόνο» 30 χρόνια

Μια ομάδα ερευνητών, από το Ινστιτούτο Babraham (έταιρο οργανισμό του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ, στο Ηνωμένο Βασίλειο) ,βρήκε έναν τρόπο να «γυρίσουν» τα κύτταρα 30 χρόνια πίσω. Οι ερευνητές έκαναν μια σημαντική ανακάλυψη στην αναγεννητική ιατρική. Η μελέτη δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό eLife, και στο άρθρο τους η επιστημονική ομάδα δείχνει πώς κατάφερε να γυρίσει το ρολόι 30 χρόνια πίσω για τα κύτταρα του ανθρώπινου δέρματος.

Το αισιόδοξο είναι ότι η νέα θεραπεία μπόρεσε να ολοκληρωθεί χωρίς τα κύτταρα να χάσουν καμία από τις εξειδικευμένες λειτουργίες τους. Παρότι η έρευνα βρίσκεται ακόμη στα πολύ αρχικά της στάδια, τα αποτελέσματά της μέχρι στιγμής είναι εξαιρετικά.

Τι είναι όμως η Αναγεννητική Ιατρική;

Η αναγεννητική ιατρική, είναι ένας εξειδικευμένος τομέας της ιατρικής που στοχεύει στη διόρθωση σφαλμάτων στο γονιδίωμα ενός ασθενούς καθώς γερνάει. Συνήθως, καθώς γερνάμε, τα κύτταρα συσσωρεύουν σφάλματα στον γενετικό τους κώδικα κατά την αντιγραφή του γενετικού υλικού και τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων, με τελικό αποτέλεσμα τον προοδευτικό εκφυλισμό του σώματος που παρατηρείται με την πάροδο του χρόνου.

Ένα από τα πιο σημαντικά εργαλεία στον τομέα της αναγεννητικής ιατρικής είναι η δυνατότητα δημιουργίας «επαγόμενων» βλαστοκυττάρων. Οι υπάρχουσες πρακτικές απαιτούν πολλά βήματα, καθένα από τα οποία μπορεί να διαγράψει ορισμένους από τους δείκτες στο γονιδίωμα που κωδικοποιούν την εξειδίκευση του κυττάρου — π.χ. τα τμήματα που καθορίζουν αν ένα κύτταρο πρέπει να λειτουργεί ως κύτταρο δέρματος, κύτταρο τρίχας κ.λπ.

Θεωρητικά, αυτά τα βλαστοκύτταρα έχουν τη δυνατότητα να γίνουν οποιοσδήποτε τύπος κυττάρου, αλλά οι επιστήμονες δεν είναι ακόμη σε θέση να αναδημιουργήσουν αξιόπιστα τις συνθήκες για να διαφοροποιήσουν εκ νέου τα βλαστοκύτταρα σε όλους τους τύπους κυττάρων.

Πώς κατάφεραν οι ερευνητές να γυρίσουν τα κύτταρα 30 χρόνια πίσω;

Η νέα μέθοδος επιδιώκει να ξεπεράσει το προαναφερθέν “εμπόδιο” σταματώντας τον επαναπρογραμματισμό των κυττάρων σε μέρος της διαδικασίας. Αυτό, ως εκ τούτου, επιτρέπει στους ερευνητές να βρουν την ακριβή ισορροπία μεταξύ του επαναπρογραμματισμού των κυττάρων, καθιστώντας τα βιολογικά νεότερα, ενώ εξακολουθούν να είναι σε θέση να ανακτήσουν την εξειδικευμένη κυτταρική τους λειτουργία.

Η όλη διαδικασία βασίζεται στην αρχική εργασία του  ερευνητή Shinya Yamanaka, ο οποίος, το 2007, ήταν ο πρώτος επιστήμονας που απέδειξε την ικανότητα να μετατρέπει τα φυσιολογικά εξειδικευμένα κύτταρα σε βλαστοκύτταρα. Αυτή η διαδικασία διαρκεί περίπου 50 ημέρες χρησιμοποιώντας τέσσερα βασικά μόρια που ονομάστηκαν «παράγοντες Yamanaka».

Η νέα μέθοδος, ονομάζεται «παροδικός επαναπρογραμματισμός φάσης ωρίμανσης», εκθέτει τα κύτταρα σε «παράγοντες Yamanaka» για μόνο 13 ημέρες. Σε αυτό το σημείο, οι αλλαγές που σχετίζονται με την ηλικία αφαιρούνται και τα κύτταρα έχουν χάσει προσωρινά την ταυτότητά τους.

Τα μερικώς επαναπρογραμματισμένα κύτταρα αφήνονται στον κατάλληλο χρόνο, ώστε να αναπτυχθούν υπό κανονικές συνθήκες, και ελέγχθηκε αν “επέστρεφε” η εξειδικευμένη κυτταρική τους λειτουργία ως κύτταρα δέρματος.  Η ανάλυση του γονιδιώματος έδειξε ότι τα κύτταρα είχαν ανακτήσει χαρακτηριστικούς δείκτες των κυττάρων του δέρματος (ινοβλάστες) και η παρουσία τους επιβεβαιώθηκε με την παρατήρηση της παραγωγής κολλαγόνου στα επαναπρογραμματισμένα κύτταρα.

Για να ελέγξουν ότι η αναγεννητική διαδικασία ήταν επιτυχής, οι ερευνητές αναζήτησαν και αλλαγές στα χαρακτηριστικά της γήρανσης.

Η κατανόηση της γήρανσης σε μοριακό επίπεδο έχει προοδεύσει την τελευταία δεκαετία και έχουν αναπτυχθεί τεχνικές που επιτρέπουν στους ερευνητές να μετρούν/ανιχνεύουν τις βιολογικές αλλαγές που σχετίζονται με την ηλικία στα ανθρώπινα κύτταρα.

Δύο από τα βασικά πράγματα που εξήτασαν ήταν:

• Το  ε π ι γ ε ν ε τ ι κ ό  ρ ο λ ό ι, όπου οι “χημικές ετικέτες” που υπάρχουν σε όλο το γονιδίωμα υποδεικνύουν την ηλικία
• Το  μ ε τ α γ ρ ά φ η μ α  (όλα τα μόρια mRNA που μεταγράφονται σε ένα κύτταρο ή σε έναν κυτταρικό πληθυσμό κάθε φορά)

Χρησιμοποιώντας αυτά τα δύο μέτρα, παρατήρησαν ότι τα επαναπρογραμματισμένα κύτταρα ταίριαζαν με το προφίλ των κυττάρων που ήταν 30 χρόνια νεότερα σε σύγκριση με τα σύνολα δεδομένων αναφοράς.

Σε ποιους τομείς μπορεί να χρησιμεύσει αυτός ο επαναπροσδιορισμός των κυττάρων του δέρματος;

Οι πιθανές εφαρμογές της τεχνικής αυτής εξαρτώνται από το ότι τα κύτταρα όχι μόνο φαίνονται νεότερα, αλλά λειτουργούν και σαν νεαρά κύτταρα.

Οι ινοβλάστες παράγουν κολλαγόνο, ένα μόριο που βρίσκεται:

• στα οστά
• στους τένοντες του δέρματος
• στους συνδέσμους

βοηθώντας:

1. στην παροχή δομής στους ιστούς
2. στην επούλωση των πληγών

Οι αναζωογονημένοι ινοβλάστες παρήγαγαν περισσότερες πρωτεΐνες κολλαγόνου σε σύγκριση με τα κύτταρα ελέγχου που δεν υποβλήθηκαν στη διαδικασία επαναπρογραμματισμού. Οι ινοβλάστες μετακινούνται επίσης σε περιοχές που χρειάζονται αναδόμηση. Οι ερευνητές εξέτασαν τα μερικώς αναζωογονημένα κύτταρα δημιουργώντας μια τεχνητή τομή σε ένα στρώμα κυττάρων. Διαπίστωσαν ότι οι ινοβλάστες, που είχαν υποστεί επαναπρογραμματισμό,  κινήθηκαν στην τομή γρηγορότερα από τα γηραιότερα κύτταρα. Αυτό είναι ένα πολλά υποσχόμενο σημάδι ότι μια μέρα αυτή η έρευνα θα μπορούσε τελικά να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία κυττάρων που είναι καλύτερα στην επούλωση των πληγών.

Στο μέλλον, αυτή η έρευνα μπορεί επίσης να ανοίξει άλλες θεραπευτικές δυνατότητες. Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι η μέθοδός τους είχε επίδραση και σε άλλα γονίδια που συνδέονται με ασθένειες και συμπτώματα που σχετίζονται με την ηλικία. Το γονίδιο APBA2, που σχετίζεται με τη νόσο του Αλτσχάιμερ, και το γονίδιο MAF, που παίζει ρόλο στην ανάπτυξη καταρράκτη, εμφάνισαν και τα δύο αλλαγές προς τα νεανικά επίπεδα μεταγραφής.

Ο μηχανισμός πίσω από τον επιτυχημένο μεταβατικό επαναπρογραμματισμό των κυττάρων δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητός και είναι το επόμενο κομμάτι του παζλ που πρέπει να μελετηθεί. Οι ερευνητές εικάζουν ότι βασικές περιοχές του γονιδιώματος που εμπλέκονται στη διαμόρφωση της κυτταρικής ταυτότητας μπορεί να ξεφύγουν από τη διαδικασία επαναπρογραμματισμού.

Τα αποτελέσματα της μελέτης αποτελούν ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός στην κατανόηση του επαναπρογραμματισμού των κυττάρων. Αποδεικνύουν ότι τα κύτταρα μπορούν να αναζωογονηθούν χωρίς να χάσουν τη λειτουργία τους και ότι η αναζωογόνηση φαίνεται να αποκαθιστά κάποια λειτουργία στα γηρασμένα κύτταρα. Το γεγονός ότι παρατηρήθηκε αντιστροφή των δεικτών γήρανσης σε γονίδια που σχετίζονται με ασθένειες είναι ιδιαίτερα ελπιδοφόρο για το μέλλον.