Naukowcy monitorują stan jelit muszek owocowych za pomocą niebieskiego barwnika, stąd nazwa Smurf. Z jelit muszki owocowej uszkodzonych w wyniku starzenia wycieka niebieski barwnik. To zdjęcie przedstawia muchę zmodyfikowaną HRJD po lewej stronie i niezmodyfikowaną muchę w tym samym wieku po prawej. Źródło: ©2024 Hiroki Nagai CC-BY-ND
Geny organizmów regeneracyjnych odmładzają jelitowe komórki macierzyste muszek owocowych.
W przełomowym eksperymencie japońscy badacze przenieśli geny regeneracyjne muszkom owocowym, co doprowadziło do poprawy zdrowia jelit i zwiększonej aktywności komórek macierzystych. Odkrycie to otwiera nowe możliwości w zakresie strategii przeciwdziałania starzeniu się organizmów wyższych, w tym ludzi, poprzez ukierunkowaną terapię genową.
Naukowcy, w tym ci z Wydziału Nauk Farmaceutycznych Uniwersytetu Tokijskiego, przenieśli geny z prostych organizmów zdolnych do regeneracji swoich organizmów do pospolitych muszek owocowych, czyli bardziej złożonych zwierząt, które nie mają takiej możliwości. Odkryli, że przeniesiony gen tłumi związane z wiekiem problemy jelitowe u muszek. Ich wyniki sugerują, że badanie genów specyficznych dla zwierząt o wysokich zdolnościach regeneracyjnych może odkryć nowe mechanizmy odmładzania funkcji komórek macierzystych i wydłużania zdrowej długości życia niepowiązanych organizmów.
W pogoni za długowiecznością poprzez medycynę regeneracyjną
Czy chcesz żyć wiecznie? Niektórzy tak, niektórzy nie. Jednak wszyscy chcemy żyć zdrowo bez względu na długość życia, a duża część badań medycznych dotyczy aspektu długowieczności. Jeden z pomysłów, który może brzmieć trochę jak science fiction, polega na ulepszeniu ludzkiego ciała w taki sposób, aby mogło się regenerować w przypadku kontuzji, choroby lub gdy starzenie się zaczyna zbierać żniwo, trochę jak superbohater Wolverine z popularnego filmu komiks i seria filmów X-Men. Oczywiście jeszcze daleko do tego etapu, ale w świecie medycyny regeneracyjnej następuje postęp, choć na razie obiektami badań są tylko muchy.
Niewiarygodnie cienkie jelito dorosłej muszki owocowej, oznaczone fluorescencyjnymi markerami. Źródło: ©2024 Yuichiro Nakajima CC-BY-ND
„U zwierząt zdolnych do regeneracji całego ciała, takich jak płazińce i meduzy, określone geny mogą pomóc w regeneracji i utrzymaniu długoterminowych funkcji komórek macierzystych. I odwrotnie, ssaki i owady, które mają ograniczone zdolności regeneracyjne, mogły utracić te geny w trakcie ewolucji” – powiedział profesor nadzwyczajny Yuichiro Nakajima. „Nie jest jasne, czy ponowne wprowadzenie tych genów związanych z regeneracją u zwierząt o niskiej zdolności regeneracyjnej może wpłynąć na ich procesy regeneracji i starzenia. W naszym ostatnim badaniu skupiliśmy się na grupie genów charakterystycznych dla zwierząt o dużych zdolnościach regeneracyjnych, nazwanych wysoce regeneracyjnymi. gatunek-specyficzne geny kodujące domenę JmjC (HRJD) i przeniósł je do muszki owocowej muszka owocowaaby przetestować ich działanie.”
Niezamierzone korzyści w starzeniu się muszek owocowych
Zespół Nakajimy miał nadzieję, że ulepszone muszki owocowe zregenerują tkankę w przypadku zranienia, co jednak nie miało miejsca. Jednak Hiroki Nagai, ekspert od jelit muszek owocowych, zauważył coś innego.
„Nagai odkrył kilka nowych fenotypów, czyli cech charakterystycznych, które wynikają z genów występujących w określonych warunkach” – powiedział Nakajima. „HRJD sprzyjały większemu podziałowi jelitowych komórek macierzystych, jednocześnie tłumiąc komórki jelitowe, które u starszych much wykazywały nieprawidłowe różnicowanie lub nieprawidłowe działanie. Kontrastuje to na przykład ze stosowaniem antybiotyków, które mogą hamować nieprawidłowe zróżnicowanie komórek jelitowych, ale także hamować podział jelitowych komórek macierzystych. Z tego powodu HRJD miały wymierny wpływ na długość życia muszek owocowych, co otwiera drzwi lub przynajmniej dostarcza wskazówek do opracowania nowych strategii przeciwdziałających starzeniu się. W końcu jelita człowieka i owada mają zaskakująco wiele wspólnego na poziomie komórkowym.
Dwa obrazy po lewej stronie przedstawiają białka jelitowe zniszczone w wyniku starzenia, a te po prawej stronie przedstawiają te same białka, które są lepiej zabezpieczone przed mechanizmami związanymi z wiekiem dzięki genom HRJD. Źródło: ©2024 Hiroki Nagai CC-BY-ND
Wyzwania i przyszłe kierunki badań regeneracyjnych
Odnalezienie tego nie obyło się jednak bez trudności. Chociaż muszki owocowe są znanym obiektem testów w badaniach biologicznych, biorąc pod uwagę ich stosunkowo krótkie życie oraz szybkie tempo rozmnażania i dojrzewania, ich proces starzenia nadal trwa około dwóch miesięcy, co wpłynęło na harmonogram eksperymentów zespołu Nakajimy, który był również zajęty innymi sprawami. Jednak teraz, gdy doszli do uderzającego wniosku, nadal pozostaje wiele do zrobienia.
„Szczegóły molekularnego działania HRJD są nadal nierozwiązane. Nie jest też jasne, czy działają samodzielnie, czy w połączeniu z jakimś innym komponentem” – powiedział Nakajima. „Dlatego to dopiero początek podróży, ale już wiemy, że nasze zmodyfikowane muszki owocowe mogą posłużyć jako cenne źródło do odkrycia bezprecedensowych mechanizmów odmładzania komórek macierzystych w przyszłości. U ludzi aktywność jelitowych komórek macierzystych zmniejsza się wraz z wiekiem, dlatego badania te stanowią obiecującą drogę w zakresie terapii opartych na komórkach macierzystych”.
Odniesienie: „Wysoce regeneracyjne geny specyficzne dla gatunku poprawiają cechy związane z wiekiem w jelicie środkowym dorosłej Drosophila” Hiroki Nagai, Yuya Adachi, Tenki Nakasugi, Ema Takigawa, Junichiro Ui, Takashi Makino, Masayuki Miura i Yu-ichiro Nakajima, 1 sierpnia 2024 r. , Biologia BMC.
DOI: 10.1186/s12915-024-01956-4
