Mereka mengatakan bahwa hidup adalah satu proses penuaan yang terus-menerus, yang akhirnya berakhir dengan kematian. Ini mungkin kedengarannya tidak terlalu optimis, tetapi itulah hukum alam. Penuaan dan kematian adalah beberapa pengatur paling penting dari suatu populasi dalam bentuk apa pun di planet ini, dan keabadian dalam arti biologis kata itu hanya ada dalam buku dan film. Situasi yang sama terjadi pada pemuda "abadi". Dalam buku-buku itu kita menemukan Dorian Gray - seorang pria muda yang kekal dan tampan dengan antipati yang kuat terhadap karya seni tertentu; Edward Cullen adalah vampir muda abadi dengan kekurangan vitamin D dan reflektifitas kulit yang tinggi, dll. Pada kenyataannya, pemuda yang kekal atau setidaknya yang berkepanjangan tidak bisa dijangkau. Setidaknya jika para ilmuwan tidak ikut campur dalam proses tersebut. Hari ini kita akan mengenal ruang belajar,di mana para ilmuwan dari Universitas Stanford mampu mencapai peremajaan sel manusia lama karena protein tertentu yang terlibat dalam proses perkembangan embrionik. Zat apa yang digunakan, berapa umur sel yang lebih muda, dan berapa lama efeknya? Kami belajar tentang ini dari laporan kelompok penelitian. Pergilah.Dasar studi
Apa itu penuaan? Pada intinya, ini adalah proses hilangnya fungsi secara bertahap pada tingkat molekul, sel, jaringan, dan seluruh organisme.Pada tingkat kromatin * , penuaan dikaitkan dengan akumulasi progresif kesalahan * epigenetik , yang akhirnya mengarah pada regulasi gen yang menyimpang (abnormal), penipisan sel induk, penuaan dan gangguan homeostasis sel / jaringan.Chromatin * - dasar kromosom, terdiri dari DNA dan protein (kebanyakan histone). Chromatin terletak di dalam nukleus sel eukariotik (organisme yang memiliki nukleus dalam sel) dan merupakan bagian dari nukleoid dalam prokariota (uniseluler tanpa nukleus).
Warisan epigenetik * - sekumpulan perubahan yang diwariskan dalam fenotipe atau ekspresi gen.
Jika Anda menerapkan pemrograman ulang nuklir sel pluripotency * , Anda dapat membalikkannya sesuai umurnya, tetapi bukan identitasnya.Pluripotency * adalah karakteristik sel yang dapat berdiferensiasi menjadi semua jenis sel, kecuali sel-sel organ kuman ekstra.
Sebelumnya, teknik ini telah diuji pada tikus. Hasilnya sangat menggembirakan, karena pemrograman ulang sementara meningkatkan karakteristik usia dan memperpanjang umur tikus. Tetapi manusia bukanlah tikus, dan karena itu pertanyaannya tetap bagaimana teknik ini akan bekerja pada sel manusia. Inilah yang sedang dipertimbangkan oleh para ilmuwan dalam studi ini.Proses pemrograman ulang nuklir menjadi sel induk pluripotent terinduksi ( iPSC * ) ditandai dengan dumping lengkap (reload) karakteristik epigenetik sel, yang mengarah pada kembalinya identitas seluler dan usia ke keadaan seperti embrio.Sel punca pluripoten terinduksi (iPSC) * adalah jenis sel punca yang diperoleh di laboratorium dari sel dewasa yang terdiferensiasi dari organisme mamalia (termasuk manusia).
Sangat mengherankan bahwa pemrograman ulang tidak dapat diubah, berhenti ke titik yang disebut tidak dapat kembali (PNR dari titik tanpa kembali), setelah itu sel-sel akhirnya kembali ke keadaan somatik * aslinya .Sel somatik * - sel yang membentuk soma (tubuh tubuh), tetapi tidak terlibat dalam perkembangan seksual.
Oleh karena itu, jika pemrograman ulang akan mempengaruhi sel untuk periode waktu yang cukup singkat, maka ekspresi faktor pemrograman ulang tidak akan dapat menghapus tanda tangan epigenetik yang menentukan identitas sel. Ternyata paparan singkat tidak akan mengubah identitas sel, tetapi bisakah itu memengaruhi umurnya?Bukti pertama bahwa pemrograman ulang sementara dapat meningkatkan fenotipe selama penuaan ditunjukkan pada tikus. Tetapi, seperti yang telah diingatkan para ilmuwan pada kita, tikus bukanlah manusia. Pertanyaan penting dari teknik ini adalah apakah ia dapat bekerja pada sel manusia yang terbentuk secara alami yang diisolasi dari orang tua.Untuk mengetahuinya, para ilmuwan melakukan serangkaian percobaan untuk mengidentifikasi tingkat dampak pemrograman ulang nuklir pada fenotipe (tanda-tanda eksternal dan internal) sel manusia dan sel tikus.Hasil penelitian
Pertama, penilaian dibuat dari efek ekspresi sementara dari pemrograman ulang faktor pada transkrip dari dua jenis sel yang berbeda ( fibroblast * dan endotel * sel) pada lansia. Selanjutnya, transkrip lansia dibandingkan dengan transkrip donor sel jenis yang sama ( 1a dan 1e ).Fibroblast * - sel-sel jaringan ikat tubuh yang mensintesis matriks ekstraseluler.
Endothelium * - lapisan sel datar di dinding bagian dalam pembuluh darah, pembuluh limfatik, dan rongga jantung.
Image No. 1Fibroblas diperoleh dari sampel biopsi * kulit tangan dan perut peserta penelitian: 3 orang berusia 25-35 tahun (kelompok muda) dan 8 orang berusia 60-90 tahun (kelompok lansia).Biopsi * - bahan biologis yang diperoleh dengan biopsi.
Sel endotel diekstraksi dari vena iliaka dan arteri peserta penelitian: 3 orang berusia 15-25 tahun (kelompok muda) dan 8 orang berusia 50-65 tahun (kelompok lansia).Untuk percobaan, protokol pemrograman ulang non-integratif digunakan, yang dioptimalkan berdasarkan pada set mRNA yang mengekspresikan OCT4, SOX2, KLF4, c-MYC, LIN28, dan protein NANOG.Protokol ini secara berurutan menghasilkan koloni iPSC, berapapun usia donor, setelah 12β15 transeksi harian * .Transfeksi * adalah proses memasukkan asam nukleat ke dalam sel eukariotik dengan metode non-virus.
Ditemukan bahwa point of no return dalam kasus ini diamati pada hari kelima pemrograman ulang. Kesimpulan ini didasarkan pada fakta bahwa ekspresi dcRNA terkait- pluripotency terkait endogen yang pertama kali terdeteksi terjadi pada hari ke 58.dnaRNAs (panjang RNA non-coding) * adalah molekul RNA yang terletak di nukleus atau dalam sitoplasma yang tidak diterjemahkan ke dalam protein.
Mengingat hal ini, diputuskan untuk menggunakan rezim sementara ekspresi eksogen di mana OSKMLN ditransfeksi setiap hari selama 4 hari berturut-turut, dan analisis ekspresi gen dilakukan 2 hari setelah interupsi ( 1b ).Selanjutnya, sekuensing RNA berpasangan dilakukan untuk kedua jenis sel dari ketiga kelompok subjek: muda (Y), lansia tanpa pemrograman ulang (UA) dan lansia dengan pemrograman ulang (TA).Untuk mulai dengan, para ilmuwan membandingkan transkrip normalisasi kuantitatif dari subyek muda dan orang tua tanpa pemrograman ulang (Y dan UA). Analisis menunjukkan bahwa 961 gen (5,85%) dalam fibroblas ( 1a dan 1c ) dan 748 gen (4,80%) dalam sel endotel ( 1e dan 1f) berbeda antara sel muda dan tua.Set gen ini terkait langsung dengan proses penuaan. Menentukan arah ekspresi di atas atau di bawah nilai rata-rata dari masing-masing gen menunjukkan kesamaan yang jelas antara sel-sel orang muda dan sel-sel orang tua setelah pemrograman ulang baik untuk fibroblas dan sel endotel ( 1d dan 1g ).Dengan menggunakan metode yang diuraikan di atas, para ilmuwan membandingkan populasi sel dari subyek lansia dengan dan tanpa pemrograman ulang (TA dan UA; 1a dan 1e ). Ditemukan bahwa 1042 gen dalam fibroblast dan 992 dalam sel endotel diekspresikan secara berbeda.Profil transkriptome ini kemudian digunakan untuk mengkonfirmasi pelestarian identitas sel setelah pemrograman ulang. Analisis menunjukkan bahwa tidak ada perubahan signifikan dalam identitas.Secara umum, analisis tanda tangan transkriptome menunjukkan bahwa ekspresi OSKLMN mempromosikan aktivasi yang sangat cepat dari profil ekspresi gen yang lebih muda tanpa mempengaruhi ekspresi gen identitas sel.Para peneliti mencatat bahwa jam epigenetik * berdasarkan tingkat metilasi DNA * adalah biomarker molekuler paling akurat pada usia dalam jaringan dan sel. Mereka juga memprediksi banyak kondisi terkait usia, termasuk harapan hidup.* β , , .
* β .
Diketahui juga bahwa ekspresi eksogen faktor pemrograman ulang kanonik (OSKM) mengembalikan usia epigenetik sel primer ke keadaan prenatal.Untuk menguji apakah ekspresi OSKMLN transien dapat membalikkan jam epigenetik sel somatik manusia, para ilmuwan menggunakan dua jenis jam epigenetik yang berlaku untuk fibroblast dan sel endotel manusia: jam epigenetik Panvis Horvath asli (berdasarkan 353 pasang sitosin-fosfat-guanin) dan jam tangan βkulit-darahβ (berdasarkan 391 CpGs - situs molekul DNA).Howarth Epigenetic Age CalculatorMenurut jam epigenetik Howart, paparan sementara OSKMLN secara signifikan membalikkan usia metilasi DNA (perbedaan usia rata-rata = -3,40 tahun). Efek peremajaan lebih menonjol pada sel endotel (perbedaan usia rata-rata = -4,94 tahun; 1i ) dibandingkan pada fibroblas (perbedaan usia rata-rata = -1,84; 1 jam ).Mirip secara kualitatif, tetapi hasil yang kurang signifikan diperoleh dengan menggunakan jam kulit-darah: efek keseluruhan peremajaan adalah -1,35 tahun; peremajaan rata-rata dalam sel endotel adalah -1,62 dan dalam fibroblast -1,07.Berdasarkan hasil ini, analisis dibuat dari efek pemrograman ulang sementara pada berbagai tanda penuaan fisiologis seluler. Untuk ini, visualisasi sel-sel individual dan database ekstensif tanda-tanda penuaan dilakukan.
Gambar No. 2Semua analisis dilakukan secara terpisah di setiap baris sel individu ( 2a ): 19 baris fibroblas (3 - muda, 8 - lansia dan 8 - lansia setelah pemrograman ulang) dan 17 baris sel endotel (3 - muda, 7 - lanjut usia dan 7 - lansia setelah pemrograman ulang). Analisis statistik dilakukan dengan pengambilan sampel acak 100 sel per sampel.Untuk memperluas hasil sebelumnya pada epigenetik, pengukuran kuantitatif tambahan dilakukan dengan menggunakan immunofluorescence (IF) dari label represif epigenetik H3K9me3, protein terkait HP1Ξ³ heterokromatin dan protein LAP2Ξ± yang mendukung laminin nuklir * ( 2b - 2d ).Nuclear Lamin * - jaringan kaku fibrillar di bawah membran nuklir, yang terlibat dalam organisasi kromatin.
Seperti yang dilaporkan sebelumnya dalam penelitian sebelumnya, pada fibroblast dewasa dan sel endotel, penurunan sinyal nuklir diamati untuk ketiga penanda dibandingkan dengan sel muda. Pemrograman ulang sel yang lebih tua telah menyebabkan peningkatan penanda ini di kedua jenis sel.Selanjutnya, aktivitas proteolitik (hidrolisis protein) sel diukur dengan mengukur pembentukan autofagosom, dan aktivitas proteasom seperti chemotrypsin seperti juga dipelajari. Pemrograman ulang tidak hanya meningkatkan kedua jenis aktivitas ke tingkat sel muda, tetapi juga melampauinya ( 2e dan 2f ). Ini menunjukkan bahwa tahap awal pemrograman ulang berkontribusi pada pembersihan aktif biomolekul terdegradasi.Salah satu tanda penuaan sel yang paling indikatif adalah penurunan aktivitas mitokondria, akumulasi spesies oksigen reaktif (ROS), dan disregulasi sensitivitas nutrisi. Oleh karena itu, adalah mungkin untuk memeriksa efek pemrograman ulang pada sel-sel yang menua dengan mengukur potensi membran mitokondria, mitokondria ROS dan tingkat protein Sirtuin1 (SIRT1).Pemrograman ulang sementara meningkatkan potensi membran mitokondria pada kedua jenis sel ( 2g ), menurunkan ROS mitokondria ( 2 jam ), dan meningkatkan kadar protein SIRT1 dalam fibroblas, yang diamati pada sel muda.Pencitraan sel dengan pewarnaan beta-galactosidase yang terkait dengan penuaan menunjukkan penurunan yang signifikan dalam jumlah sel yang menua dalam sel endotel, tetapi tidak pada fibroblas. Ini disertai dengan penurunan jumlah sitokin fenotipik sekretori yang terkait dengan penuaan pro-inflamasi, dan lagi dalam sel endotel, tetapi tidak pada fibroblas ( 2i ).Ditemukan juga bahwa tidak satupun dari tipe sel yang memiliki panjang telomer * menunjukkan perpanjangan yang signifikan setelah pemrograman ulang. Ini mungkin menunjukkan bahwa sel-sel tidak berdiferensiasi menjadi keadaan yang mirip dengan sel induk ketika aktivitas telomerase diaktifkan kembali.* β .
* β , 3'- .
Juga ditemukan bahwa efek pemrograman ulang dalam sel bertahan bahkan setelah 4 dan 6 hari setelah proses ini berhenti. Dari sudut pandang kecepatan manifestasi efek dari pemrograman ulang, mereka diamati sudah 2 hari setelah dimulainya proses ini.Secara total, data ini menunjukkan bahwa ekspresi transien OSKMLN dapat menyebabkan peningkatan yang cepat dan berkesinambungan dan perubahan usia sel dalam sel somatik manusia pada tingkat transkriptom, epigenetik, dan seluler. Selain itu, peremajaan ini terjadi pada tahap awal pemrograman ulang, karena teknik ini tidak punya waktu untuk mempengaruhi identitas sel.Para ilmuwan kemudian memutuskan untuk mencari tahu apakah ekspresi sementara OSKMNL juga bisa membalikkan fenotip inflamasi yang terkait dengan penuaan. Setelah mendapatkan bukti awal dari perubahan sel endotelial ( 2j ) ini, analisis diperluas dengan menambahkan osteoartritis, penyakit yang sangat terkait dengan penuaan dan ditandai dengan proses inflamasi yang nyata yang mempengaruhi kondrosit pada sendi.Sampel diambil - kondrosit dari tulang rawan enam pasien berusia 60-70 tahun yang menjalani operasi penggantian sendi lengkap karena osteoartritis tahap akhir. Selanjutnya, sampel-sampel ini diprogram ulang dan hasilnya dibandingkan dengan data kondrosit dari tiga orang muda ( 3a ).
Gambar No. 3Ekspresi sementara OSKMLN dilakukan selama 2 atau 3 hari, dan analisis dilakukan 2 hari setelah gangguan pemrograman ulang, meskipun pasien memiliki efek yang lebih tahan lama dengan pengobatan yang lebih lama.Namun, penggunaan OSKMLN menunjukkan penurunan yang signifikan dalam tingkat mRNA intraseluler dari RANKL (sitokin dari keluarga faktor nekrosis tumor) dan iNOS2, serta tingkat faktor inflamasi yang dikeluarkan oleh sel ( 3b - 3d ).Selain itu, peningkatan proliferasi sel ( 3e ), peningkatan produksi ATP ( 3f ), dan penurunan proses oksidatif ( 3g dan 3h ) diamati .Verifikasi identitas sel menunjukkan bahwa proses pemrograman ulang tidak melanggarnya: tidak ada efek pada tingkat ekspresi SOX9, dan tingkat ekspresi COL2A1 meningkat secara signifikan (qRT-PCR pada 3i dan 3j ).Dari hasil di atas dapat disimpulkan bahwa ekspresi transien OSKMLN dapat berkontribusi pada pembalikan sebagian ekspresi gen dan fisiologi sel pada kondrosit yang lebih tua dengan osteoartritis ke keadaan yang lebih muda. Oleh karena itu, teknik yang dipelajari juga dapat digunakan sebagai salah satu metode untuk mengobati osteoartritis pada orang tua.Tanda penting lain dari penuaan adalah hilangnya fungsi sel induk dan hilangnya kemampuan regeneratif. Untuk menguji efek pemrograman ulang pada faktor-faktor ini, para ilmuwan menggunakan sel batang otot rangka tikus (MuSC).MuSC terpapar pemrograman ulang selama 2 hari saat mereka beristirahat. Individu yang berusia 3 bulan dan 20-24 bulan ( 4a ) bertindak sebagai donor sampel .
Image No. 4Pemrosesan MuSC lama mengurangi waktu divisi pertama, mendekati kinetika aktivasi sel MuSC muda yang lebih cepat, dan massa mitokondria. Selain itu, pemrograman ulang sebagian memulihkan berkurangnya kemampuan MuSC individu untuk membentuk koloni.Selanjutnya, tes dilakukan dari fungsionalitas dan efektivitas MuSC mengenai regenerasi jaringan baru. Untuk ini, transduksi sel MuSC muda, tua, atau yang diprogram ulang sementara dilakukan dengan menggunakan luciferase dan GFP yang mengekspresikan lentivirus, yang kemudian ditransplantasikan ke otot yang rusak dari tibia anterior tikus immunocompromised.Pencitraan bioluminescent awalnya menunjukkan bahwa otot-otot di mana MuSC diprogram ulang menunjukkan sinyal tertinggi (hari 4; 4b dan 4c ). Namun, pada hari ke 11, otot-otot ini menjadi serupa dengan otot-otot di mana MuSC muda ditambahkan. Tetapi otot-otot di mana sel-sel MuSC yang menua ditambahkan tanpa memprogram ulang menunjukkan sinyal yang paling lemah ( 4b dan 4c))Analisis imunofluoresensi menunjukkan bahwa sel dengan pemrograman ulang memberikan jaringan dengan miofibril lebih banyak daripada sel tanpa pengobatan ( 4d dan 4e ). 60 hari setelah analisis pertama, dilakukan lagi yang menunjukkan hasil yang sama ( 4g ). Ini secara langsung menunjukkan peningkatan kemampuan regeneratif jaringan setelah terpapar sel yang telah mengalami pemrograman ulang.Pada tahap penelitian selanjutnya, perhatian khusus diberikan pada perubahan otot degeneratif atrofik terkait usia. Para ilmuwan memutuskan untuk memeriksa apakah teknik mereka dapat mengembalikan kekuatan otot tikus tua ke tingkat muda.Pertama, kekuatan tetanik terbentuk di otot-otot tikus berusia 4 dan 27 bulan.Tetanus * - suatu kondisi kontraksi otot yang berkepanjangan.
Seperti yang diharapkan, pada tikus yang lebih tua kekuatan ini secara signifikan lebih rendah daripada pada tikus muda, yang menunjukkan faktor usia (4 jam ).Kemudian, sel-sel MuSC diisolasi dari tikus berusia 20-24 bulan, yang kemudian menjalani proses pemrograman ulang, dan kemudian ditransplantasikan ke otot tikus yang rusak kardiotoxin yang rusak yang berusia 20 bulan. Setelah 30 hari, pengukuran kekuatan tetanik diulang.Otot-otot di mana sel-sel ditransplantasikan tanpa pemrograman ulang menunjukkan hasil yang sama dengan otot normal tikus tua tanpa intervensi apa pun. Tetapi otot tempat sel diprogram ulang menunjukkan kekuatan tetanik yang sebanding dengan otot tikus muda (4 jam ).Oleh karena itu pemrograman ulang sementara dalam kombinasi dengan terapi berbasis MuSC dapat mengembalikan fungsi fisiologis otot yang menua ke fungsi otot muda.Melakukan prosedur yang sama dengan otot dan sel manusia menunjukkan hasil positif yang serupa ( 4i dan 4j ).Untuk seorang kenalan yang lebih mendetail dengan nuansa penelitian ini, saya sarankan Anda melihat laporan para ilmuwan dan bahan tambahan untuk itu.Epilog
Dalam penelitian yang kami teliti hari ini, para ilmuwan dapat menunjukkan pemrograman ulang sementara sel yang dapat melawan tanda-tanda penuaan sel dan tidak mempengaruhi identitas seluler.Sel-sel orang tua yang telah menjalani pemrograman ulang mulai menunjukkan karakteristik sel muda setelah beberapa hari. Dalam hal ini, efeknya bertahan selama enam hari setelah penghentian pengobatan.Teknik ini penting tidak hanya dalam hal peremajaan umum sel dan jaringan, tetapi juga lebih khusus dalam aspek memerangi efek penyakit yang berkaitan dengan usia, seperti osteoartritis.Di masa depan, para ilmuwan bermaksud untuk meningkatkan metodologi mereka. Pertama, seperti yang dikatakan para peneliti sendiri, perlu dilakukan banyak tes di laboratorium dan memverifikasi sepenuhnya keamanan metode di tingkat sel. Setelah itu, akan dimungkinkan untuk mulai menggunakannya pada tingkat jaringan.Apakah umat manusia siap untuk pemuda abadi dalam hal moralitas, etika dan psikologi? Pertanyaannya kompleks, tetapi memiliki banyak jawaban. Namun, tujuan dari penelitian ini bukan dalam mencari keabadian, tetapi dalam mencari metode baru yang efektif untuk memerangi berbagai penyakit yang timbul sehubungan dengan penuaan tubuh yang tak terhindarkan. Usia tua tidak seburuk penyakit yang menyertainya. Hal yang sama dapat dikatakan tentang usia berapa pun, karena sukacita apa yang ada dalam pemuda abadi yang mistis, jika selama ini kekekalan seseorang akan bergumul dengan orang yang sakit?Jumat off-top:
, , , , . ( / Anastatica hierochuntica).
Terima kasih atas perhatian Anda, tetap penasaran dan selamat berakhir pekan, semuanya! :)Sedikit iklan :)
Terima kasih untuk tetap bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikan kepada teman Anda, cloud VPS untuk pengembang dari $ 4,99 , analog unik dari server entry-level yang diciptakan oleh kami untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps mulai dari $ 19 atau cara membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).Dell R730xd 2 kali lebih murah di pusat data Equinix Tier IV di Amsterdam? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 199 di Belanda!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mulai dari $ 99! Baca tentang Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas c menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?