به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در مطالعه‌ای که اخیراً در ژورنال اجینگ منتشر شد، محققان ترکیب‌های دارویی شیمیایی را شناسایی کردند که می‌تواند پیری سلولی را معکوس کند.

پس زمینه

از دست دادن اطلاعات اپی ژنتیکی مشخصه پیری سلولی در یوکاریوت‌ها است که منجر به تغییرات در بیان ژن، از دست دادن هویت سلولی، اختلال در عملکرد میتوکندری، التهاب و پیری سلولی می‌شود که به پیری و بیماری‌های مرتبط با افزایش سن کمک می‌کند. مطالعات گزارش کرده‌اند که از دست دادن اپی ژنتیک قابل ترمیم است. نویسندگان مطالعه حاضر قبلاً نشان داده بودند که عوامل رونویسی القایی خارج سلولی،  یعنی فاکتور رونویسی متصل شونده به اکتامر ۴(OCT-4)،  ناحیه تعیین کننده جنسیتY-box2 (SOX2) و فاکتور شبه کروپل 4 (KLF-4) (که در مجموع به عنوان فاکتور‌های OSK شناخته می‌شوند)، در میان پستانداران می‌تواند با بازگرداندن الگوهای جوانی متیلاسیون اسید دی اکسی ریبونوکلئیک (DNA) ، پروفایل‌های رونویسی و عملکرد بافت بدون از دست دادن هویت سلولی ، پیری را معکوس کنند.

در مورد مطالعه

در مطالعه حاضر، محققان سنجش‌های سلولی با کارایی بالا را ابداع کردند که می‌تواند بین سلول‌های جوان، مسن و سالخورده بدن، از جمله ساعت‌های پیری رونویسی و سنجش‌های تقسیم ‌بندی کمینوکلئوسیتوپلاسمی(NCC) تمایز قائل شود تا ترکیباتی را شناسایی کنند که می‌توانند روند پیری را بدون تغییرات ژنومی معکوس کنند. سیستم NCC برای شناسایی مولکول‌های کوچکی که اثرات پیری و سالخوردگی را معکوس می‌کنند، توسعه داده شد. این سیستم به گونه‌ای طراحی شده بود که کارآمد باشد و امکان تجزیه و تحلیل با توان بالا از سلامت سلولی و الگوهای بیان ژن جوان را فراهم کند. سیستم گزارشگر NCC از یک اهداکننده 22 ساله به فیبروبلاست‌های انسانی معرفی شد و آزمایش‌هایی برای نظارت بر تغییرات مرتبط با سن در نفوذپذیری هسته‌ای انجام شد. عبور 40.0 بار منجر به فیبروبلاست‌های پیر بدون رشد در طی 14 روز، تغییرات مورفولوژیکی معمولی سلول‌های پیر، و افزایش رونوشت‌های تنظیم‌کننده چرخه سلولی p21 (CDKN1A) شد. فیبروبلاست‌ها با داکسی سایکلین درمان شدند تا سیستم OSK را فعال کنند، و سنجش NCC تحت آزمایش قرار گرفت تا مشخص شود آیا این سیستم می‌تواند تأثیر معکوس سن اپی ژنتیکی با تنظیم ژنومی را شناسایی کند.

CiPSCs

این روش می‌تواند با استفاده از انتقال لنتی ویروس و تجزیه و تحلیل آنتولوژی ژن (GO)، پیامدهای معکوس اپی ژنتیکی ناشی از سن را تشخیص دهد. (هستی‌شناسی ژن یا آنتولوژی ژن  به صورت خلاصه GO یک پروژه گروهی در بیوانفورماتیک برای استفاده از یک نمایش و هستی‌شناسی واحد برای بیان ویژگی‌های ژن‌ها و محصولات ژنتیکی است. این پروژه اطلاعاتی ساختاریافته و قابل پردازش از عملکرد ژن‌ها و محصولات ژنتیکی ارائه می‌دهد). این تیم فهرستی از ترکیباتی را تهیه کردند که به طور موثر سلول‌های بدنی انسان و موش را به سلول‌های بنیادی پرتوان القایی شیمیایی (CiPSCs) تبدیل می‌کردند و آن‌ها را با استفاده از روش NCC ارزیابی کردند. محققان از VC6TF و C6NYSA به عنوان کوکتل‌های برنامه ریزی مجدد پایه استفاده کردند و آن‌ها را با تقویت کننده‌هایی مثل سدیم بوتیرات، آلفا کتوگلوتارات (α-KG)، و فاکتور رشد فیبروبلاست پایه (bFGF) تکمیل کردند تا کارایی iPSC را افزایش دهند. اثرات تقویت کننده‌ها بر روی VC6TF  کوکتل 1 یا C1، اسید والپروئیک، CHIR-99021، E-616452، ترانیل سیپرومین، و فورسکولین) مورد ارزیابی قرار گرفت و مهارکننده‌های عوامل بازسازی کروماتین برای بررسی موانع و محرک‌های جوان‌سازی ترکیب شدند. ایمونوفلورسانس برای ارزیابی بیان ژن‌های مرتبط با پرتوانی پس از تمام درمان‌های کوکتل انجام شد. این مطالعه الگوهای بیان ژنتیکی سلول‌های تحت درمان شیمیایی را در مقایسه با سلول‌های منشأ انسانی مسن و iPSC موش و انسان ناشی از OSK(MYC) ارزیابی کرد. تجزیه و تحلیل غنی سازی مجموعه ژن (GSEA) برای شناسایی مسیرهای مربوط به تفاوت‌ها و شباهت‌های بین درمان‌های شیمیایی، امضاهای پیری، و iPSC‌های ناشی از  OSK (M) با استفاده از دایره المعارف ژن‌ها و ژنوم‌های کیوتو (KEGG) (دانشنامه ژن و ژنوم کیوتو پایگاه داده‌ای مربوط به اطلاعات زیستی است که اولین بار توسط مینورور کانهیزا پروفسور در انستیتو تحقیقات شیمی در دانشگاه کیوتو در سال ۱۹۹۵ همزمان با پروژه ژنوم درست شد.)، مسیرهای Reactome، و پایگاه داده‌های ژنومی HALLMARK انجام شد. توالی‌یابی اسید ریبونوکلئیک (RNA) برای تجزیه و تحلیل پروفایل‌های رونویسی، ارتباط امضا، ساعت رونوشت و تجزیه و تحلیل پروفایل iPSC انجام شد.

نتایج

این تیم شش کوکتل شیمیایی را شناسایی کردند که می‌توانند نمایه رونوشت ژنوم جوانی را بازیابی کنند و سن رونویسی را در کمتر از یک هفته بدون به خطر ‌انداختن هویت سلولی به‌اندازه بیان بیش از حد OSK بازگردانند. محققان کشف کردند که بیان OSK در سلول‌ها، مانند فیبروبلاست‌های موش و انسان، ممکن است به طور قابل‌توجهی محیط اپی ژنتیک و الگوهای بیان ژن سلول‌های پیر را ترمیم کند. از 20 ژنی که با نشانگرهای پیری مرتبط هستند مانند توسعه، حمل و نقل و اختلال محلی سازی، 11 ژن با فعالیت OSK به سطوح طبیعی بازگردانده شدند. پیری تغییرات جزئی اما قابل توجهی در سطوح اسید ریبونوکلئیک پیام رسان (mRNA) ژن‌های چرخه سلولی، از جمله p21 ایجاد کرد. پیری برای ژن‌های کاهش‌یافته در چندین فعالیت مرتبط با چرخه سلولی غنی شد، و 19 ژن از 20 ژن تغییر یافته به دنبال فعالیت OSK به حد طبیعی بازگشتند، که نشان می‌دهد القای OSK تا حد زیادی با تغییرات مرتبط با سن ناشی از پیری مقابله می‌کند. کوکتل پایه VC6TF در بازیابی کیفیت NCC، یک شاخص حیاتی برای تغییر سن، در میان 80 کوکتل مورد بررسی در آزمایش NCC موفق‌ترین بود. شش کوکتل از نظر آماری بخش بندی را در سلول‌های پیر، هم در تجزیه و تحلیل همبستگی و هم در تصویربرداری از سیگنال دهی NCC بهبود بخشیدند. هر شش کوکتل برنامه ریزی مجدد نیز به طور قابل توجهی سن تقویم تخمینی سلول‌های پیر NCC را چندین سال کاهش دادند. کوکتل‌های به‌دست‌آمده از موش‌های C1-3 اثرات ضد پیری مداوم و عمیق‌تری را نشان دادند که بر رونوشت سلولی نسبت به کوکتل‌های مشتق‌شده از انسان (C4-6) تأثیر گذاشت. خواص ضد پیری کوکتل‌های شیمیایی، به ویژه آن‌هایی که از موش به دست می‌آیند، با تنظیم مثبت مسیرهای مربوط به تنفس مانند ترجمه میتوکندری و فسفوریلاسیون اکسیداتیو، و همچنین کاهش هیپوکسی و مسیرهای متعدد مرتبط با التهاب، از جمله اینترفرون (IFN) و جانوس کیناز و نشانه‌های  فاکتور رونویسی JAK مرتبط است.

نتیجه

بر اساس یافته‌های این مطالعه، تنظیم ژنتیک و روش‌های شیمیایی می‌توانند با تغییر سن بدون پاک کردن هویت سلولی به جوان‌سازی دست یابند.

پایان مطلب./