Sejtek molekuláris átprogramozásával sikeresen helyreállították egerek látását

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

Kutatóknak most először sikerült egerek szemében lévő idegsejteket fiatalabb állapotukba visszaállítani, és ezzel helyrehozni az állatok látását. Az öregedés egyik lehetséges folyamatára fényt derítő tanulmány a Nature folyóiratban jelent meg ma délután. A kutatómunka idővel elvezethet olyan, öregedéssel összefüggő idegrendszeri megbetegedések terápiájához, mint a glaukóma (zöldhályog).

Az öregedés folyamata során állatoknál szervek és szövetek funkcionális hanyatlására kerül sor, amelynek sejt- és molekuláris szintű mozgatórugói pontosan még nem tisztázottak. Az öregedést részben valószínűleg az úgynevezett epigenetikus mechanizmusok okozzák, amelyek a DNS-szekvencián kívül tárolnak a gének kifejeződését és aktivitását befolyásoló genetikai információt. Az ok ezek molekuláris megváltozásában (epigenetikus zaj) keresendő.

Mindebben molekuláris szinten több nagyon fontos folyamat játszik szerepet, köztük a DNS-metiláció is, amivel a szakemberek mostani kutatásukban foglalkoztak. A DNS-metiláció során metilcsoportok (-CH3) kerülnek enzimek segítségével a citozin (és kisebb részben) adenin DNS-bázisokra. A folyamat kulcsfontosságú szerepet játszik a gének kifejeződésének és a gerincesek egyedfejlődésének szabályozásában. Összességében tehát az öregedés egyik kiváltója az idővel elsősorban (de nem minden esetben) degradálódó epigenetikus információ lehet, ami miatt felborul a gének kifejeződésének mintázata, és végül sejtek, majd szövetek hibás működéséhez és regenerációs képességük elvesztéséhez vezet.

A DNS-metiláció során metilcsoportok (-CH3) kerülnek enzimek segítségével a citozin és kisebb részben adenin DNS-bázisokra. A folyamat kulcsfontosságú szerepet játszik a gének kifejeződésének és a gerincesek egyedfejlődésének szabályozásában.Illusztráció: NIH (National Institute of Health)/Tóth András

David Sinclair és kollégái, köztük a neves genetikus, George M. Church, kutatásuk során arra voltak kíváncsiak, hogy ez a többségében degradálódott információ visszaállítható-e idősebb egyedekben, javítva vagy helyreállítva a szövetek funkcióját, különös tekintettel a központi idegrendszerre. Ehhez egy a szemben található idegsejttel, a retinális ganglionsejttel foglalkoztak. Ezek köztes sejteken keresztül a fotoreceptorokból érkező vizuális információt továbbítják hosszú nyúlványaik, azaz axonjaik segítségével az agyba, a látóidegen keresztül. Ezek az axonok csak korai fejlődési szakaszban képesek regenerálódni, később már nem. A retinális ganglionsejtek axonjainak, így a látóidegnek a károsodása a glaukóma egyik fő jellemzője.

A kísérletek bizonyították, hogy olyan kifejlett egerekben, amelyek látóidege károsodott, ezek a sejtek molekulárisan átprogramozhatók fiatalabb állapotba, mégpedig úgynevezett transzkripciós faktorok segítségével. Ezek olyan fehérjék, amelyek a DNS hírvívő RNS-é (mRNS) való átírását szabályozzák úgy,  hogy egy meghatározott DNS-szakaszhoz kapcsolódnak. A kutatók három ilyen, a Nobel-díjas őssejtkutatóról, Shinya Yamanakáról elnevezett OSK transzkripciós faktort, az OCT4-et, az SOX2-t és a KLF4-et fejeztek ki az álltaokban, ártalmatlan adenovírus-vektorok segítségével. Adataik alapján az OSK faktorok 10-18 hónapon át tartó kifejezése nem járt negatív következménnyel az állatok egészségére, nem növelte a tumorok keletkezésének gyakoriságát, és a sejtjeik nem vesztették el saját, specializált tulajdonságaikat.

Az OSK faktorok visszaállították a fiatal egyedekre jellemző DNS-metilációs mintázatot a ganglionsejtekben, és így a sejtek képesek voltak az axonok regenerációjára – olyannyira, hogy néhány közülük a látóideig szinte teljes hosszában regenerálódott. Ugyanezzel a módszerrel jelentős látásjavulást értek el a glaukómát modellező egerekben, ami a szakemberek szerint a legelső példát jelenti a látás részleges helyreállítására glaukómás sérülést követően. Idősebb, 12 hónapos egerek esetén 12 hónapnyi természetes látásromlást sikerült visszafordítani, azonban 18 hónapos egereknél már nem figyeltek meg hasonló hatást.

A Nature-nek a kutatási eredményről véleménycikket író Andrew Huberman neurobiológus leszögezte, hogy bár nem tudjuk pontosan, hogy ezek a transzkripciós faktorok milyen hatást idéznek elő az emberi szervezetben, nagy valószínűséggel alkalmasak lehetnek idegsejtek helyreállítására. Ezt támasztja alá az is, hogy a David Sinclair és kollégái által emberi idegsejtekben végzett in vitro OSK transzkripciós faktorok kifejezésével járó kísérletek után a sejtek szintén axonregeneráció jeleit mutatták.

A kutatók eredményei bizonyítékkal szolgálnak arra, hogy az OSK transzkripciós faktorok kifejezése éllatokban biztonságos módon képes lehet képes lehet a központi idegrendszeri idegsejtek epigenetikus mintázatának helyreállítására. A faktorok lényegében visszaállítják a fiatal sejtekre jellemző epigenetikus és génkifejeződési mintázatot, így ezek a sejtek funkcionálisan ismét fiatalnak tekinthetők. Azt is fontos ugyanakkor leszögezni, hogy a DNS-metiláció közel sem az egyetlen lényeges epigenetikus jelzés (marker), amely részt vehet az öregedés folyamatában és annak esetleges visszafordításában.

A kutatás eredményei arra utalnak, hogy epigenetikus újraprogramozással, akár génterápián keresztül, elméletileg emberekben is lehetséges az öregedéshez köthető károsodások regenerációja és a szövetek funkcióinak visszaállítása. Emellett úgy tűnik, hogy a sejtek, legalábbis emlősök esetén, képesek egyfajta biztonsági mentésként különböző molekuláris genetikai mechanizmusok segítségével eltárolni a korai állapotukat leképező epigenetikai információt.

Járvány, klímaváltozás, forradalmak – mindez csak három dermesztő arca annak a felbolydult világnak, ami ránk vár. Lesz még neki jó pár. Ha teheted, segítsd a munkánkat, mi megháláljuk a bizalmadat, és ebben a nagy zavarodottságban hitelesen, alaposan és közérthetően magyarázzuk el, hogy a legégetőbb kérdésekre milyen válaszokat adnak a sárgolyó legnagyobb elméi. Maradj velünk. Támogatom a Qubit szerkesztőségét!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: