USC badacze odkryli, że podzbiór komórek macierzystych krwi wpływa na starzenie się układu odpornościowego poprzez regulację równowagi między wrodzonymi i nabytymi komórkami odpornościowymi. Kiedy te komórki wytwarzają nadmierną ilość wrodzonych komórek odpornościowych, układ odpornościowy starzeje się, zwiększając ryzyko choroby.
Co pomaga niektórym układom odpornościowym zachować młodość i skuteczność w zwalczaniu chorób związanych z wiekiem? W niedawnym badaniu opublikowanym w Immunologia komórkowa i molekularnabadaczka komórek macierzystych z USC, Rong Lu i jej współpracownicy, wskazują palcem na niewielki podzbiór komórek macierzystych krwi, które w ogromnym stopniu przyczyniają się do utrzymania młodzieńczej równowagi lub związanego z wiekiem braku równowagi dwóch głównych typów komórek odpornościowych: wrodzonego i adaptacyjny.
Wrodzone komórki odpornościowe stanowią pierwszą linię obrony organizmu, mobilizując szybki i ogólny atak na atakujące zarazki. W przypadku zarazków, które wymykają się wrodzonej obronie immunologicznej organizmu, druga linia ataku składa się z adaptacyjnych komórek odpornościowych, takich jak komórki B i komórki T, które opierają się na pamięci o przeszłych infekcjach, aby wytworzyć specyficzną i ukierunkowaną odpowiedź. Zdrowa równowaga między wrodzonymi i nabytymi komórkami odpornościowymi jest cechą młodego układu odpornościowego i kluczem do długowieczności.
Odkrycia dotyczące komórek macierzystych krwi i starzenia się układu odpornościowego
„Nasze badanie dostarcza przekonujących dowodów na to, że kiedy niewielka podgrupa komórek macierzystych krwi wytwarza nadmierną produkcję wrodzonych komórek odpornościowych, powoduje to starzenie się układu odpornościowego, przyczynia się do chorób i ostatecznie skraca długość życia” – powiedział Lu, profesor nadzwyczajny w dziedzinie macierzystych komórek biologii komórki i medycyny regeneracyjnej, inżynierii biomedycznej, medycyny i gerontologii na USC oraz stypendysta Towarzystwa Białaczki i Chłoniaka.
Lu jest także członkiem Eli i Edythe Broad Center for Regenerative Medicine and Stem Cell Research na USC oraz USC Norris Comprehensive Cancer Center w Keck School of Medicine na USC. „Nasze odkrycia sugerują, że powstrzymywanie niewielkiej podzbioru komórek macierzystych krwi, które wytwarzają nadmierną produkcję wrodzonych komórek odpornościowych, może być skutecznym sposobem na opóźnienie starzenia się układu odpornościowego”.
W badaniu pierwsza autorka Anna Nogalska i jej współpracownicy odkryli uderzające różnice w szybkości starzenia się układu odpornościowego – nawet wśród myszy laboratoryjnych o tym samym podłożu genetycznym, hodowanych w identycznych warunkach. W zaawansowanym wieku 30 miesięcy opóźnione starzenie się myszy zachowało młodzieńczą równowagę wrodzonych i nabytych komórek odpornościowych. Jednak wcześnie starzejące się myszy wykazały duży wzrost liczby wrodzonych komórek odpornościowych w porównaniu z nabytymi komórkami odpornościowymi.
Śledząc poszczególne komórki macierzyste krwi odpowiedzialne za wytwarzanie zarówno wrodzonych, jak i nabytych komórek odpornościowych, naukowcy odkryli podzbiór komórek macierzystych krwi odpowiedzialnych przede wszystkim za związany z wiekiem brak równowagi w układzie odpornościowym. W szczególności naukowcy zaobserwowali, że w miarę starzenia się myszy od trzydziestu do czterdziestu procent komórek macierzystych krwi radykalnie zmieniło się ich preferencje dotyczące wytwarzania wrodzonych i nabytych komórek odpornościowych.
Aktywność genów u osób opóźnionych i wczesnych
U osób w starszym wieku opóźnionym podzbiór komórek macierzystych krwi zmniejsza produkcję wrodzonych komórek odpornościowych, chroniących przed skutkami starzenia. Wśród osób starszych z opóźnieniem zaobserwowano wzrost aktywności genów związanych z regulacją komórek macierzystych krwi i reakcją na sygnały zewnętrzne, co może kontrolować produkcję wrodzonych komórek odpornościowych. Kiedy naukowcy wykorzystali CRISPR do edycji tych genów, komórki macierzyste krwi odwróciły swoją naturalną tendencję i wytworzyły więcej wrodzonych komórek odpornościowych zamiast nabytych komórek odpornościowych – jak to ma miejsce we wczesnych latach życia.
Z kolei u młodych osób podzbiór komórek macierzystych krwi przesunął się w stronę wytwarzania większej liczby wrodzonych komórek odpornościowych, których nadmiar prowadzi do wielu chorób związanych ze starzeniem się. W związku z tym u tych młodych osobników naukowcy odkryli wzrost aktywności genów związany z proliferacją komórek macierzystych krwi i różnicowaniem wrodzonych komórek odpornościowych. Kiedy naukowcy wykorzystali CRISPR do edycji genów wczesnego starzenia, komórki macierzyste krwi wytworzyły więcej adaptacyjnych komórek odpornościowych zamiast wrodzonych komórek odpornościowych, stając się bardziej podobnymi do tych u osób z opóźnionym starzeniem się.
Co ważne, osoby opóźnione w starzeniu się żyły zazwyczaj dłużej niż osoby starsze.
„W populacji osób starszych układ odpornościowy często zaczyna wytwarzać nadmiar wrodzonych komórek odpornościowych, które mogą przyczyniać się do chorób takich jak białaczka szpikowa i niedobory odporności” – powiedziała Nogalska, starszy naukowiec i kierownik laboratorium w Lu Lab. „Nasze badanie sugeruje, w jaki sposób możemy promować młodszy układ odpornościowy, aby zwalczać te powszechne choroby związane ze starzeniem się”.
Odniesienie: „Związany z wiekiem brak równowagi w regeneracji komórek odpornościowych jest różny u poszczególnych osób i wynika z odrębnego podzbioru komórek macierzystych” – Anna Nogalska, Jiya Eerdeng, Samir Akre, Mary Vergel-Rodriguez, Yeachan Lee, Charles Bramlett, Adnan Y. Chowdhury, Bowen Wang, Colin G. Cess, Stacey D. Finley i Rong Lu, 24 października 2024 r., Immunologia komórkowa i molekularna.
DOI: 10.1038/s41423-024-01225-y
Projekt w dziewięćdziesięciu procentach był finansowany ze środków federalnych z budżetu państwa Narodowe Instytuty Zdrowia (granty R00-HL113104,R01HL138225, R35HL150826 i 1F31HL149278-01A1) oraz National Cancer Institute (grant P30CA014089). Dodatkowe fundusze pochodziły od Kalifornijskiego Instytutu Medycyny Regeneracyjnej (grant EDUC4-12756R) oraz Towarzystwa Białaczki i Chłoniaka (grant LLS-1370-20).
