Επιστήμονες στη Γερμανία ανακάλυψαν έναν τρόπο να αναστρέψουν θεαματικά τη μοριακή ηλικία των ανθρώπινων κυττάρων, μετατρέποντας κύτταρα αίματος από ένα άτομο 80 ετών σε βλαστοκύτταρα που εμφάνισαν υπογραφές μοριακής ηλικίας που αντιστοιχούσαν σε κάποιον νεότερο των 20 ετών.
Ερευνητές στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Βόννης και στο Πανεπιστήμιο της Βόννης πέτυχαν αυτή τη σημαντική μεταμόρφωση επαναπρογραμματίζοντας ανώριμα ερυθρά αιμοσφαίρια σε νευρικά βλαστοκύτταρα, τα οποία μπορούν τελικά να εξελιχθούν σε εγκεφαλικά κύτταρα.
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, οι μοριακοί δείκτες που σχετίζονται με τη γήρανση επανήλθαν αποτελεσματικά στην αρχική τους κατάσταση, κάνοντας τα κύτταρα περισσότερο από 60 χρόνια νεότερα σε μοριακό επίπεδο, δίνοντας ελπίδες για την θεραπεία του Αλτσχάιμερ. Σε αντίθεση με παλαιότερες προσεγγίσεις, η αναζωογόνηση συνέβη σταδιακά, επιτρέποντας στους επιστήμονες να παρακολουθήσουν τις αλλαγές σε μια παρατεταμένη χρονική περίοδο.
Αυτή η βραδύτερη διαδικασία θα μπορούσε να προσφέρει σημαντικά στοιχεία για το πώς μπορεί να αναστραφεί η κυτταρική γήρανση και να βοηθήσει ενδεχομένως τους ερευνητές να διερευνήσουν θεραπείες για ασθένειες που σχετίζονται με το γήρας.
Η εργαστηριακή διαδρομή από το αίμα στον εγκέφαλο
Το ανθρώπινο σώμα περιέχει εκατοντάδες εξειδικευμένους τύπους κυττάρων, οι οποίοι προέρχονται από ένα μόνο γονιμοποιημένο ωάριο και φέρουν ουσιαστικά τις ίδιες γενετικές οδηγίες. Καθώς τα κύτταρα αναπτύσσονται, ωστόσο, αναλαμβάνουν συγκεκριμένους ρόλους. Υπό κανονικές συνθήκες, ένα κύτταρο του δέρματος δεν μπορεί να μετατραπεί σε κύτταρο του ήπατος, και ένα κύτταρο του αίματος δεν μπορεί να γίνει νευρικό κύτταρο.
Οι σύγχρονες εργαστηριακές τεχνικές κατέστησαν δυνατή την υπέρβαση αυτών των βιολογικών περιορισμών. Οι επιστήμονες μπορούν τώρα να επαναπρογραμματίσουν ορισμένα ώριμα κύτταρα ώστε να υιοθετήσουν εντελώς διαφορετικές ταυτότητες. Για παράδειγμα, τα κύτταρα του δέρματος μπορούν να μετατραπούν σε κύτταρα ικανά να παράγουν νευρικό ιστό, μια προσέγγιση που θα μπορούσε τελικά να συμβάλει σε θεραπείες για νευροεκφυλιστικές ασθένειες.
Η διαδικασία βασίζεται σε έναν συνδυασμό πρωτεϊνών που ονομάζονται μεταγραφικοί παράγοντες, οι οποίοι ρυθμίζουν το πώς ενεργοποιούνται τα γονίδια. Αλλάζοντας τις γενετικές οδηγίες που ακολουθεί ένα κύτταρο, αυτές οι πρωτεΐνες μπορούν να ανακατευθύνουν την ανάπτυξή του και να του δώσουν μια νέα κυτταρική ταυτότητα.
«Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, μετατρέψαμε απευθείας τα προδρομικά κύτταρα των ερυθρών αιμοσφαιρίων σε νευρικά βλαστοκύτταρα», εξηγεί ο καθηγητής Δρ. Όλιβερ Μπρούστλε, διευθυντής του Ινστιτούτου Επαναστατικής Νευροβιολογίας στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Βόννης.
Πώς τα μοριακά ρολόγια μηδένισαν 60 χρόνια γήρανσης
Η τελευταία έρευνα επικεντρώθηκε σε μια ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα συνέπεια του κυτταρικού επαναπρογραμματισμού: τη θεαματική αναστροφή της μοριακής γήρανσης. «Στη σημερινή μας μελέτη, ωστόσο, εστιάσαμε σε ένα διαφορετικό φαινόμενο: δηλαδή στην παρατήρηση ότι τα κύτταρα αναζωογονούνται σημαντικά κατά τη διάρκεια του επαναπρογραμματισμού», τονίζει ο Μπρούστλε, ο οποίος είναι επίσης μέλος της Διαεπιστημονικής Ερευνητικής Περιοχής (TRA) Life & Health στο Πανεπιστήμιο της Βόννης.
Για να προσδιορίσουν πόσο είχαν αναζωογονηθεί τα κύτταρα, οι ερευνητές εξέτασαν τα μοριακά τους ρολόγια, ιδιαίτερα τους βιολογικούς δείκτες που είναι γνωστοί ως επιγενετικά ρολόγια. Αυτά τα ρολόγια εκτιμούν τη βιολογική ηλικία ενός κυττάρου αναλύοντας χημικές τροποποιήσεις στο DNA που τείνουν να συσσωρεύονται ή να αλλάζουν καθώς οι οργανισμοί γερνούν. Σημαντικό είναι ότι αυτές οι τροποποιήσεις δεν αλλάζουν την ίδια την αλληλουχία του DNA.
Αντίθετα, επηρεάζουν το πόσο συχνά χρησιμοποιούνται ορισμένες γενετικές οδηγίες (επιγενετική). Επειδή αυτά τα μοτίβα αλλάζουν προβλέψιμα με την ηλικία, οι επιστήμονες μπορούν να τα χρησιμοποιήσουν για να εκτιμήσουν πόσο παλιό φαίνεται ένα κύτταρο σε μοριακό επίπεδο.
Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά. Μετά τον επαναπρογραμματισμό, τα κύτταρα που λήφθηκαν από ένα άτομο 80 ετών εμφάνισαν υπογραφές μοριακής ηλικίας που αντιστοιχούσαν σε κάποιον νεότερο των 20 ετών. Με άλλα λόγια, η διαδικασία είχε αναστρέψει περισσότερες από έξι δεκαετίες κυτταρικής γήρανσης.
«Γνωρίζουμε επίσης ότι αυτή η επιγενετική αναζωογόνηση διασφαλίζει ότι τα κύτταρα συμπεριφέρονται πραγματικά σαν νεαρά κύτταρα», λέει ο επιστήμονας.
Η αργή διαδρομή που αποκαλύπτει τα μυστικά της κυτταρικής ανανέωσης
Οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει και στο παρελθόν ότι ο επαναπρογραμματισμός των κυττάρων μπορεί να μηδενίσει τη βιολογική τους ηλικία. Ωστόσο, προηγούμενες επιδείξεις αυτού του φαινομένου περιλάμβαναν μια πιο περίπλοκη διαδικασία που απαιτούσε δύο διαφορετικά στάδια. Πρώτον, οι ερευνητές μετέτρεπαν ένα υπάρχον κύτταρο, όπως ένα κύτταρο του αίματος, σε ένα ολοδύναμο βλαστοκύτταρο.
Αυτά τα ευέλικτα κύτταρα έχουν σχεδόν ατελείωτες αναπτυξιακές «πορείες σταδιοδρομίας» επειδή μπορούν να δώσουν γένεση σε πολλούς διαφορετικούς τύπους κυττάρων σε όλο το σώμα. Στη συνέχεια, το ολοδύναμο βλαστοκύτταρο καθοδηγούνταν ώστε να γίνει νευρικό βλαστοκύτταρο, το οποίο είναι πιο εξειδικευμένο και μπορεί να παράγει κύτταρα που βρίσκονται στο νευρικό σύστημα. Αυτή η συμβατική προσέγγιση παράγει αναζωογόνηση σχετικά γρήγορα, καθιστώντας δύσκολη την εξέταση όλων των αλλαγών που λαμβάνουν χώρα. Οι ερευνητές της Βόννης παρέκαμψαν εντελώς το στάδιο των ολοδύναμων κυττάρων.
«Αντίθετα, μετατρέψαμε τα κύτταρα του αίματος απευθείας σε νευρικά βλαστοκύτταρα — δηλαδή, χωρίς να περάσουμε πρώτα από το στάδιο των ολοδύναμων κυττάρων», δήλωσε ο Μπρούστλε.
Νέες ελπίδες για την αντιμετώπιση του Αλτσχάιμερ
Η ικανότητα να παρακολουθεί κανείς τα κύτταρα να γίνονται σταδιακά νεότερα θα μπορούσε να είναι ιδιαίτερα πολύτιμη για τους επιστήμονες που προσπαθούν να κατανοήσουν τους μηχανισμούς που ελέγχουν τη βιολογική γήρανση.
Μελετώντας αυτήν την εκτεταμένη μεταμόρφωση, οι ερευνητές μπορούν να διερευνήσουν ποια μοριακά μονοπάτια εμπλέκονται και να δοκιμάσουν εάν συγκεκριμένες ουσίες μπορούν να επιταχύνουν ή να επιβραδύνουν τη διαδικασία αναζωογόνησης.
«Η αναζωογόνηση που εκτείνεται σε μια τόσο μεγάλη χρονική περίοδο είναι ιδανική ως πειραματικό μοντέλο: Δεδομένου ότι τα επιγενετικά ρολόγια μηδενίζονται αργά σε διάστημα αρκετών εβδομάδων, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το μοντέλο για να διερευνήσουμε ποιοι παράγοντες και δραστικές ουσίες επιταχύνουν ή επιβραδύνουν τη διαδικασία αναζωογόνησης».
Τα ευρήματα θα μπορούσαν να είναι ιδιαίτερα σημαντικά για τη νευροεπιστήμη, όπου η γήρανση συνδέεται στενά με την ανάπτυξη σοβαρών νευρολογικών παθήσεων.
Αν και η εργασία δεν καθιερώνει μια θεραπεία ικανή να αναστρέψει τη γήρανση στους ανθρώπους, προσφέρει ένα εργαστηριακό μοντέλο για τη διερεύνηση του πώς τα κύτταρα ανακτούν νεανικά χαρακτηριστικά.
Αυτό θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα τις κυτταρικές αλλαγές που σχετίζονται με παθήσεις όπως η νόσος Αλτσχάιμερ, όπως αναφέρει ο ιστότοπος Sciencedaily.com
