Mens du sitter her og leser denne artikkelen, jobber cellene dine bort i kroppen din og utfører alle de forskjellige biokjemiske reaksjonene som er nødvendige for å holde deg i gang. Mens de tøffer, samler de på seg mutasjoner, forvitrer miljøgifter og prøver sitt beste for å absorbere næringsstoffer fra et mindre enn perfekt kosthold.
Med tiden begynner cellene våre å svekkes. Våre en gang klare biologiske soldater, arbeidere og beskyttere er ikke lenger hva de pleide å være. Vi eldes ... konstant. Dette universelt aksepterte faktum blir nå ansett som mer som en midlertidig hindring av noen optimistiske forskere på grunn av nylige oppdagelser som har lang levetid feltet surrende av snakk om udødelighet.
Hvorfor det plutselige skiftet, spør du kanskje? Vel, i sannhet er jakten på udødelighet ingen ny kjepphest. Oppdrag etter ungdomskilden og eliksirer for evig liv har eksistert siden menneskehetens begynnelse. Imidlertid har nyere eksperimenter innen lang levetid brakt frem interessante nye observasjoner som lar oss lure på om aldring virkelig er uunngåelig, eller om det bare er en annen sykdom med en kur som venter på vår oppdagelse.
I avsnittene nedenfor vil jeg diskutere tre nøkkeleksperimenter fra de siste to tiårene som i stor grad har fremmet feltet lang levetid og helse-span undersøkelser. Disse studiene gjør det klart at hvis en slik vei til udødelighet eksisterer, ligger den ikke i en skjult fontene eller magisk trylledrikk, men snarere i å forstå den skjulte verdenen i våre egne celler og vev.
Parabiosestudier
Et kjennetegn på ungdom er evnen til kroppens stamceller å erstatte gamle eller skadede celler med nye. Etter hvert som vi blir eldre, forsvinner denne evnen og vi er ikke lenger i stand til å fylle opp vevet med nye celler med samme effektivitet. Dette fører til problemer som muskelatrofi og nedsatt organfunksjon. I 2005 publiserte Stanford-forsker Dr. Thomas Rando og kolleger en artikkel som undersøkte effekten av alder på evnen til satellittceller, en type muskel stamfadercelle, for å formere seg og regenerere. (Conboy et al., 2005). Tidligere studier utført av dette laboratoriet viste at de gamle satellittcellenes synkende kapasitet til å generere nye celler (aka, "regenerativt potensial") ikke skyldtes interne endringer i cellen, men snarere mangel på eksterne regenereringsaktiverende signaler fra miljøet (Conboy et al., 2003). Med andre ord, det var ikke noe galt med selve cellen, men snarere dens miljø, som gjorde at den sluttet å regenerere.
Sirkulasjonssystemet er et næringstilførselssystem som bidrar til å forme en celles miljø. Den gjør dette ved å forsyne cellen med materialene den trenger for å fungere. I 2005 spurte Rando-laboratoriet om det å erstatte en eldre organismes sirkulasjonssystem med det til et yngre dyr kunne gjenopprette aktivering og spredning av gamle satellittceller. For å undersøke dette spørsmålet, koblet Rando laboratorieforskere kirurgisk sammen sirkulasjonssystemene til en ung og gammel mus i en prosedyre kalt parabiose. Etter å ha synkronisert sirkulasjonssystemene til musene, var satellittceller fra de gamle musene bedre i stand til å generere nye celler som viser et regenerativt potensial som ligner på satellittceller i unge mus. En tilleggsstudie dokumenterte også effekten av parabiose på levetidsforlengelse. I denne studien ble mus forbundet med parabiose i bare tre måneder før de ble separert. Å bli utsatt for et mer ungdommelig sirkulasjonssystem økte musenes levetid fra 125 til 130 uker, totalt sett en økning på 5 % i levetid (Zhang et al., 2021).
Foryngende Cerebral Spinal Fluid
Mens parabiosestudiene var et spennende skritt fremover, var deres implikasjoner begrenset til vev som var mer tilgjengelig for sirkulasjonssystemet. De sentralnervesystemet (CNS) er derimot ikke så lett tilgjengelig. CNS er beskyttet av blod-hjerne barriere, et system av tett sammenføyde epitelceller som beskytter nervesystemet vårt mot potensielt skadelige bakterier og virus som sirkulerer i blodet vårt. Etter hvert som cellene i vår CNS alder, blir vi mer utsatt for å utvikle nevrodegenerative sykdommer som Alzheimers og Parkinsons sykdom. Derfor er å finne en måte å forynge cellene i CNS også ekstremt viktig for helse og lang levetid.
For å løse denne bekymringen undersøkte Stanford-forskerne Dr. Tal Iram og Dr. Tony Wyss-Coray om etterfylling av cellemiljø kunne ha lignende antialdringseffekter i CNS som sett i andre vev. I stedet for å koble sammen sirkulasjonssystemene til gamle og unge mus (som muliggjorde utveksling av blod og plasma), utførte de en CSF-transfusjon – en prosedyre som utvekslet cerebral spinalvæske (CSF) av gamle mus med det for unge mus.
I sin studie viste Dr. Wyss-Coray og Dr. Iram at infusjon av unge CSF (fra både mus og mennesker) inn i ventrikkelsystemet til gamle mus forbedret nøkkelfunksjoner i CNS-celler til gamle dyr. Spesielt økte CSF-transfusjonen spredning og differensiering av oligodendrocytt-progenitorcelle (OPC)-populasjoner. OPC er celler som gir opphav til modne oligodendrocytter, en type gliaceller i hjernen som er ansvarlig for å pakke inn nevronene våre i et fettledende stoff kalt myelin som hjelper med nevronal kommunikasjon.
Når vi blir eldre, blir volumet av Hvit substans (vevet i hjernen vår som består av myeliniserte nevroner) reduseres, noe som påvirker kognitiv funksjon negativt. Derfor er en implikasjon av Dr. Wyss-Coray og Dr. Irams resultater at gjenoppretting av OPC kan motvirke tap av hvit substans og hemme kognitiv nedgang når vi blir eldre. Interessant nok viste en annen studie fra Wyss-Coray-laboratoriet i 2014 positive effekter på kognitiv funksjon og synaptisk plastisitet hos eldre mus etter å ha gjennomgått parabiosekirurgi (Villeda et al., 2014).
Disse parabiose- og CSF-transfusjonsstudiene var grunnleggende for å fastslå betydningen av en celles miljø for dens funksjon og biologiske aldring, men de svarte ikke på det neste viktige spørsmålet: Hvis vi vet at noe er galt med miljøet, hva er egentlig galt med det? Å svare på dette spørsmålet vil gjøre det mulig for oss å utvikle terapier for å endre miljøet til cellene våre, slik at de kan gå tilbake til sitt mer ungdommelige jeg.
Horvath-klokken
Wyss-Coray og Rando-studiene viste oss hva som skjer utenfor cellene våre betyr noe - men hva med hva som skjer på innsiden? Hvis vi skulle dykke inn i cellene våre forbi plasmamembranen, forbi cytosolen og inn i kjernen – cellens kommandosenter – ville vi funnet vårt DNA. DNA kan betraktes som samlingen av instruksjoner som cellene våre bruker for å fungere. I tillegg har vårt DNA det som kalles et epigenom, et mønster av markeringer som sitter på toppen av genene våre og regulerer hvor og når de skal uttrykkes i cellen. Når vi blir eldre, vil epigenetiske mønstre som f.eks DNA metylering påvirke gen uttrykk. I noen tilfeller kan akkumulering eller tap av visse mønstre av DNA-metylering føre til at levetidsassosierte gener blir undertrykt (Salas-Pérez et al., 2019). Dette svekker cellefunksjonen og får oss til å se, føle og handle eldre. I 2011 karakteriserte Dr. Steve Horvath, en human genetikk og biostatistikkforsker ved UCLA, korrelasjon mellom DNA-metyleringsmønstre og aldring, og skaper en ny biokjemisk målestokk for cellulær helse som forskere nå omtaler som den epigenetiske klokken (Blocklandt et al., 2011; Horvath, 2013).
Så snart det gikk ut om Horvaths epigenetiske klokke, begynte forskerne ivrig å utforske muligheten for å snu epigenetiske mønstre for å skru klokken tilbake (Rando & Chang, 2012). Studier rapporterte at å opprettholde sunne personlige livsstilsvalg som å trene og spise et godt kosthold kan hjelpe cellene til å opprettholde epigenetiske mønstre som ligner mer på de som finnes i yngre celler, men disse endringene kan bare skru tiden tilbake så langt (Quach et al., 2017) ). Forskere leter nå etter andre måter å redigere epigenomet på. Med nye verktøy til rådighet, som f.eks CRISPR, er det mulig for oss å gå inn og manuelt endre de epigenetiske mønstrene på vårt DNA. Det jobbes for tiden mye på denne fronten (dvs. Lau og Suh et al., 2017), men det er viktig å merke seg at vi fortsatt ikke vet i hvilken grad epigenomet bidrar direkte til aldringsprosessen og om redigering vil ha den tiltenkte anti-aldringseffekten.
For å konkludere…
Disse studiene viser at vi er på god vei til å låse opp de vitenskapelige hemmelighetene til forlenget liv. Det har blitt sagt at den første personen som levde til 150 allerede er født!
Gitt nyere fremskritt, er det vanskelig å forestille seg at vi ikke ville være i stand til å forlenge menneskeliv utover den nåværende grensen. Men om aldring bare er en annen sykdom som venter på en kur, er en sak opp til debatt. Bare tiden vil vise om vitenskapen kan overliste dødeligheten.
Selv om noen mener at vi ikke bør gå inn i dette kløktspillet i det hele tatt, er én ting sikkert: nysgjerrighet er en integrert del av vår menneskelighet, og så lenge vi lever, vil nysgjerrigheten vår alltid drive oss til å søke etter svar på dette varige spørsmålet .
Bare tiden vil vise om vitenskapen kan overliste dødeligheten
Om forfatteren
Arielle Hogan mottok en BS i biologi og en BA i fransk fra University of Virginia. Hun tar nå en Ph.D. i nevrovitenskap i NSIDP-programmet ved UCLA. Forskningen hennes fokuserer på CNS-skade og nevrale reparasjoner. Spesielt forsker hun på de differensielle iboende transkripsjonsprogrammene som tillater PNS-regenerering og undersøker hvordan disse transkripsjonsprogrammene kan induseres i modeller for CNS-skade for å fremme regenerering. Hun liker også å lære om biomekatronikk og hjerne-maskin-grensesnitt (BMI), i tillegg til å delta i vitenskapelig oppsøking og undervisning. Utenfor laboratoriet bruker hun tid på å øve fransken sin, spille basketball, se filmer (selv de dårlige) og reise. For mer informasjon om Arielle Hogan, vennligst besøk hele hennes profil.
Referanser
Bocklandt, S., Lin, W., Sehl, ME, Sánchez, FJ, Sinsheimer, JS, Horvath, S., & Vilain, E. (2011). Epigenetisk prediktor for alder. PLoS ONE, 6(6), e14821. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0014821
Conboy, IM, Conboy, MJ, Wagers, AJ, Girma, ER, Weissman, IL, & Rando, TA (2005). Foryngelse av gamle stamceller ved eksponering for et ungt systemisk miljø. Natur, 433(7027), 760-764. https://doi.org/10.1038/nature03260
Conboy, IM, Conboy, MJ, Smythe, GM, & Rando, TA (2003). Hakk-mediert gjenoppretting av regenerativt potensial til aldret muskel. Vitenskap (New York, NY), 302(5650), 1575-1577. https://doi.org/10.1126/science.1087573
Horvath S. (2013). DNA-metyleringsalder av menneskelige vev og celletyper. Genome biologi, 14(10), R115. https://doi.org/10.1186/gb-2013-14-10-r115
Iram, T., Kern, F., Kaur, A., Myneni, S., Morningstar, AR, Shin, H., Garcia, MA, Yerra, L., Palovics, R., Yang, AC, Hahn, O. ., Lu, N., Shuken, SR, Haney, MS, Lehallier, B., Iyer, M., Luo, J., Zetterberg, H., Keller, A., Zuchero, JB, Wyss-Coray, T. (2022). Ung CSF gjenoppretter oligodendrogenese og minne hos gamle mus via Fgf17. Natur, 605(7910), 509-515. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04722-0
Lau, CH og Suh, Y. (2017). Genom- og epigenomredigering i mekanistiske studier av menneskelig aldring og aldringsrelatert sykdom. gerontologi, 63(2), 103-117. https://doi.org/10.1159/000452972
Quach, A., Levine, ME, Tanaka, T., Lu, AT, Chen, BH, Ferrucci, L., Ritz, B., Bandinelli, S., Neuhouser, ML, Beasley, JM, Snetselaar, L., Wallace, RB, Tsao, PS, Absher, D., Assimes, TL, Stewart, JD, Li, Y., Hou, L., Baccarelli, AA, Whitsel, EA, Horvath, S. (2017). Epigenetisk klokkeanalyse av kosthold, trening, utdanning og livsstilsfaktorer. Aldring, 9(2), 419-446. https://doi.org/10.18632/aging.101168
Rando, TA og Chang, HY (2012). Aldring, foryngelse og epigenetisk omprogrammering: tilbakestilling av den aldrende klokken. Cell, 148(1-2), 46-57. https://doi.org/10.1016/j.cell.2012.01.003
Salas-Pérez, F., Ramos-Lopez, O., Mansego, ML, Milagro, FI, Santos, JL, Riezu-Boj, JI, & Martínez, JA (2019). DNA-metylering i gener av langtidsregulerende veier: assosiasjon med fedme og metabolske komplikasjoner. Aldring, 11(6), 1874-1899. https://doi.org/10.18632/aging.101882
Telano LN, Baker S. Fysiologi, Cerebral Spinal Fluid. [Oppdatert 2022. juli 4]. I: StatPearls [Internett]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2022 Jan-. Tilgjengelig fra: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK519007/
Villeda, SA, Plambeck, KE, Middeldorp, J., Castellano, JM, Mosher, KI, Luo, J., Smith, LK, Bieri, G., Lin, K., Berdnik, D., Wabl, R., Udeochu, J., Wheatley, EG, Zou, B., Simmons, DA, Xie, XS, Longo, FM, & Wyss-Coray, T. (2014). Ungt blod reverserer aldersrelaterte svekkelser i kognitiv funksjon og synaptisk plastisitet hos mus. Naturmedisin, 20(6), 659-663. https://doi.org/10.1038/nm.3569
Zhang, B., Lee, DE, Trapp A., Tyshkovskiy, A., Lu, AT, Bareja, A. Kerepesi, C., Katz, LH, Shindyapina, AV, Dmitriev, SE, Baht, GS, Horvath, S ., Gladyshev, VN, White, JP, bioRxiv 2021.11.11.468258;doi:https://doi.org/10.1101/2021.11.11.468258
Denne artikkelen opprinnelig dukket opp på Å vite nevroner
