Η γήρανση μπορεί να οριστεί ως μια χρονικά εξαρτώμενη μείωση της λειτουργικότητας του σώματος

Παρακαλώ επικοινώνησεoscar.xiao@wecistanche.comΓια περισσότερες πληροφορίες

Αφηρημένη:Σε αυτήν την ανασκόπηση, αναζητούμε μια νέα στρατηγική για τη δημιουργία ενός αναζωογονητικού μικροπεριβάλλοντος μέσω του ειδικού επαναπρογραμματισμού των γηρασμένων κυττάρων. Προτείνουμε ότι ο μερικός επαναπρογραμματισμός μπορεί να παράγει έναν εκκριτικό φαινότυπο που διευκολύνει την κυτταρική αναζωογόνηση. Αυτή η στρατηγική είναι επιθυμητή για συγκεκριμένο μερικό επαναπρογραμματισμό υπό έλεγχο ώστε να αποφευχθεί ο κίνδυνος όγκου και η ανεπάρκεια οργάνων λόγω απώλειας της κυτταρικής ταυτότητας. Ανακουφίζει επίσης τη χρόνια φλεγμονώδη κατάσταση που σχετίζεται με τη γήρανση και τη δευτερογενή γήρανση σε γειτονικά κύτταρα, βελτιώνοντας τον εκκριτικό φαινότυπο που σχετίζεται με τη γήρανση. Αυτό το χειρόγραφο ελπίζει επίσης να διερευνήσει εάν η παρέμβαση στην κυτταρική γήρανση μπορεί να βελτιώσει τη γήρανση και να προωθήσει την αποκατάσταση των βλαβών, γενικά, για να αυξήσει την υγιή διάρκεια ζωής των ανθρώπων και να μειώσει την αδυναμία. Τα εφικτά και ασφαλή κλινικά μεταφραστικά πρωτόκολλα είναι κρίσιμα για την αναζωογόνηση με ελεγχόμενες προόδους επαναπρογραμματισμού. Αυτή η ανασκόπηση εξετάζει τους περιορισμούς και τις διαμάχες της εφαρμογής αυτών των προόδων (κατά την οργάνωση του χειρογράφου σύμφωνα με πιθανά σχήματα κλινικής μετάφρασης) για τη διερεύνηση κατευθύνσεων και υποθέσεων που έχουν μεταφραστική αξία για μετέπειτα έρευνα.

Λέξεις-κλειδιά:γηράσκων; γηρασμός; senolytics/senostatics;p16/nk4a;p19Arf; p21Wafl/Cip1;SASP

1. Εισαγωγή

Η γήρανση μπορεί να οριστεί ως μια χρονικά εξαρτώμενη μείωση της λειτουργικότητας του σώματος. Σε κυτταρικό επίπεδο, η ουσία του μπορεί να θεωρηθεί ως μια σταδιακή απώλεια της φυσιολογικής κυτταρικής λειτουργίας που συνοδεύεται από μια σειρά φαινοτύπων γήρανσης [1,2]]. Παράγοντες στρες όπως η δυσλειτουργία των τελομερών, η βλάβη του DNA, η ενεργοποίηση ογκογονιδίων και η δυσλειτουργία των οργανιδίων επιταχύνουν την εξέλιξη της γήρανσης σε κυτταρικό επίπεδο, εξαπλώνοντας στο κυτταρικό μικροπεριβάλλον και επιταχύνοντας τη δυσλειτουργία οργάνων σε όλους τους ιστούς, με αποκορύφωμα την απώλεια όλων των ζωτικών λειτουργιών του σώματος (οργανική ανεπάρκεια).

Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα

Είναι ενδιαφέρον ότι υπάρχει μια αυτο-εξισορρόπηση της αποκατάστασης μετά από τραυματισμό και ανανέωσης μετά τη γήρανση στον ίδιο τον οργανισμό.cistanche μέγεθος πέουςΑυτοί οι μηχανισμοί εξισορρόπησης περιλαμβάνουν τη μετατροπή βλαστικών κυττάρων ηρεμίας σε προγονικά κύτταρα σε διάφορους ιστούς εντός της δυναμικής ομοιόστασης. Εναλλακτικοί ή αντι-δυσλειτουργικοί μηχανισμοί δρουν στο επίπεδο των οργανιδίων της δυσλειτουργίας (π.χ. εναλλακτικές οδοί μεταβολισμού των μιτοχονδριακών γλυκολυτικών και γλουταμίνης, ενεργοποίηση της πυρηνικής αποκατάστασης μέσω πυρηνικής βλάβης) [3-5]. Σε επίπεδο ιστού, ο εκκριτικός φαινότυπος που σχετίζεται με τη γήρανση (SASP) έχει κάποιο δυναμικό αντιγήρανσης, επιπλέον του ότι είναι ένας παράγοντας που προάγει τη γήρανση (π.χ., η ιντερλευκίνη-6(IL-6) μπορεί να ενισχύσει την επιδιόρθωση των ιστών προωθώντας τον επαναπρογραμματισμό[6,7]· η ιντερλευκίνη-1 (IL-1) μπορεί να προάγει την κάθαρση των γηρασμένων κυττάρων από ανοσοκαθαρισμένα κύτταρα ΝΚ [8-10]). Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι δεν υπάρχουν ενδείξεις ότι η αντιγήρανση μπορεί να επιτευχθεί με την εκμετάλλευση των ευεργετικών πτυχών της ίδιας της γήρανσης. Αυτή η ανασκόπηση στοχεύει να δείξει ότι οι παρεμβάσεις επαναπρογραμματισμού σε γηρασμένα κύτταρα έχουν τη δυνατότητα να διατηρήσουν αυτά τα πολύτιμα συστατικά σε σύγκριση με την αφαίρεση γηρασμένων κυττάρων. Υπάρχει επίσης η πιθανότητα ότι ο επαναπρογραμματισμός μπορεί να αυτο-τροποποιηθεί από το παραπάνω αποτέλεσμα, στο οποίο η γήρανση προάγει τον επαναπρογραμματισμό: το ίδιο επίπεδο έκφρασης παραγόντων επαναπρογραμματισμού μπορεί να είναι πιο αποτελεσματικό στο γηρασμένο περιβάλλον. Αντίθετα, η αποτελεσματικότητα του επαναπρογραμματισμού μειώνεται όταν μετριάζεται ή αντιστρέφεται το γηρασμένο περιβάλλον, αποφεύγοντας έτσι τη βλάβη που προκαλείται από την υπερβολική επαγωγή.

Για να διερευνήσει το δυναμικό αντιγήρανσης αυτής της ισορροπίας, αυτή η ανασκόπηση θα συζητήσει τη δυνατότητα και τη σκοπιμότητα της άμβλυνσης της γήρανσης μέσω των διακυτταρικών αλληλεπιδράσεων ως εξής:

Να προτείνει συνεργιστική αντιγήρανση προκειμένου να διευκρινιστεί η ιδέα του συνδυασμένου αντι-α.]

γήρανση με πολλαπλούς αναζωογονητικούς παράγοντες και να εξυπηρετήσει την επόμενη έρευνα για νέα βασικά μονοπάτια που μπορούν να εφαρμοστούν σε συνδυασμό με γνωστά μονοπάτια αντιγήρανσης. σι.

Η υπόθεση ενός νεανικού εκκριτικού φαινοτύπου προτείνεται για τη γενίκευση των αντιγηραντικών παραγόντων (ιδιαίτερα, το NAD plus , en amp, GSTM2, κ.λπ. εμπλέκονται στην αντιγήρανση ολόκληρου του σώματος ρυθμίζοντας την ισορροπία NAD συν /NADH που κυκλοφορεί) που βρίσκονται στο έκκριμα νεαρού αίματος και νεαρών κυττάρων και να χρησιμεύσει για μελλοντική κλινική μετάφραση και συν-εφαρμογή.

Να προτείνει την υπόθεση ότι ο ελεγχόμενος επαναπρογραμματισμός (που ορίζεται ως η επαγωγή C.

της έκφρασης των παραγόντων Yamanaka για την αναστροφή του φαινοτύπου γήρανσης των κυττάρων, αλλά χωρίς τον επαγόμενο από iPSCs σχηματισμό πολυδύναμων βλαστοκυττάρων) μπορεί συνεργιστικά να αντιγηρανθεί από έναν νεανικό εκκριτικό φαινότυπο.

2. Τα χαρακτηριστικά της γήρανσης και οι δυνατότητές τους για μετάφραση

2.1. «Asynchronous Effect» στη Γήρανση

Καθώς γερνάμε, η γήρανση διαφορετικών οργάνων και ιστών δεν συγχρονίζεται και τα παρεγχυματικά κύτταρα που εκτελούν τις βιολογικές λειτουργίες οργάνων/ιστών βρίσκονται σε διαφορετικά στάδια γήρανσης [1].

Έχει αποδειχθεί σε ποντίκια ότι τα πλασματοκύτταρα και τα αντισώματα που εκκρίνουν διεισδύουν σε διάφορα όργανα και εμφανίζονται στα νεφρά, την καρδιά, το συκώτι, τους μύες, το λίπος, τους πνεύμονες και τον θύμο [2]. Αυτό σημαίνει ότι η γήρανση σε ένα όργανο μπορεί να προκαλέσει ή να επιταχύνει χρόνια φλεγμονή και δυσλειτουργία που σχετίζεται με τη γήρανση σε όλο το σώμα μέσω της συστηματικής κυκλοφορίας. Επιπλέον, όταν τα ποντίκια φτάνουν στη μέση ηλικία, τα ανοσοκύτταρα (Τ και Β κύτταρα [2], Μ1 μακροφάγοι[11,12) ενεργοποιούνται εκτενώς στον λιπώδη ιστό [2]. Αυτές οι μελέτες υποδηλώνουν ότι η γήρανση και η ανοσία είναι άρρηκτα συνδεδεμένα και η γήρανση είναι μια «ασύγχρονη» διαδικασία. Από την άλλη πλευρά, ο λιπώδης ιστός είναι μία από τις πρώτες περιοχές του σώματος που εμφανίζει φαινότυπους που σχετίζονται με τη γήρανση (διήθηση φλεγμονωδών κυττάρων και εμφάνιση εκκριτικών φαινοτύπων που σχετίζονται με τη γήρανση)[1,2].

Στην πραγματικότητα, η απομάκρυνση των γηρασμένων κυττάρων μπορεί να μειώσει τις αρνητικές επιπτώσεις των κλασμάτων που έχουν προ-γηράσει (π.χ., γηρασμένα κύτταρα κατάλυσης-σενολυτικά)[13]. Καθώς η κυτταρική γήρανση δεν είναι συγχρονισμένη, τα μικροπεριβάλλοντα γήρανσης που προέρχονται από κύτταρα προ-γήρανσης μπορεί να προκαλέσουν έναν φαύλο κύκλο (η γήρανση ενός οργάνου που προάγει την παρακμή σε όλο το σώμα) σε επίπεδο ιστού [1,2]. Οι «παλαιοί παράγοντες» που προάγουν τη γήρανση μπορεί να αραιωθούν ή να καταστέλλονται από έναν άλλο «αναζωογονητικό παράγοντα (που υπάρχει στο νεαρό αίμα καθώς και εκκρίνεται από μια ετερογενή υποομάδα γηρασμένων κυττάρων)», δρα ως αναζωογονητικός παράγοντας [14,15].σκόνη κιστάνιΜέσω της μεταμόσχευσης προ-γηρασμένων λιποκυττάρων, βρέθηκε ότι η γήρανση ενός μικρού αριθμού πρόδρομων κυττάρων λιπώδους ιστού ήταν επαρκής για να προκαλέσει γήρανση οργάνων σε νεαρά ποντίκια. Η αφαίρεση μεταμοσχευμένων γηρασμένων κυττάρων από νεαρά ποντίκια και φυσικά γηρασμένων κυττάρων από φυσικά γηρασμένα ποντίκια μέσω διαλείπουσας στοματικής ανάλυσης βελτίωσε τη γήρανση (βελτιώθηκε η λειτουργία των οργάνων, η επιβίωση αυξήθηκε κατά 36 τοις εκατό και ο κίνδυνος θανάτου μειώθηκε κατά 65 τοις εκατό)[13].

Η ετερογένεια της γήρανσης αντανακλάται αφενός στο γεγονός ότι η χρόνια φλεγμονή διαφέρει σε διαφορετικούς ιστούς, συγκεκριμένα στο γεγονός ότι το SASP έχει διαφορετικά επίπεδα σε διαφορετικούς ιστούς [2]. Από την άλλη πλευρά, αντανακλάται στις διαφορετικές αλληλουχίες εμφάνισης των γηρασμένων κυττάρων και στους διαφορετικούς ρυθμούς συσσώρευσης [1].

Το Cistanche μπορεί να αντιγηρανθεί

Για παράδειγμα, στο νεφρό, όπου τα γηρασμένα κύτταρα αυξάνονται σημαντικά με την ηλικία, τα ποντίκια με νοκ-άουτ Cu/Zn-superoxide dismutase (Sod1) οδηγούν σε υψηλά επίπεδα οξειδωτικής κυτταρικής γήρανσης[16]. Οι εκκριτικοί φαινότυποι που σχετίζονται με τη γήρανση (ιδιαίτερα η IL-6 και η IL-1 ) είναι επίσης σημαντικά αυξημένοι [16]. Τα υψηλότερα επίπεδα των κυκλοφορούντων κυτοκινών υποδηλώνουν ότι ο φαινότυπος επιταχυνόμενης γήρανσης μπορεί να οφείλεται σε αυξημένη φλεγμονή που προκαλείται από την επιταχυνόμενη συσσώρευση γηρασμένων κυττάρων [17]. Η συσσώρευση γηρασμένων κυττάρων, με τη σειρά της, προκάλεσε αύξηση της χρόνιας φλεγμονής [16].

Αξιοσημείωτο είναι ότι ο ασύγχρονος γήρατος επιμένει ακόμη και στα ίδια γερασμένα κύτταρα (ινοβλάστες σε ηλικιωμένα ποντίκια)[14]. Διαφορετικοί υποπληθυσμοί με διαφορετικούς εκκριτικούς φαινότυπους επηρεάζουν τον ρυθμό επούλωσης τραυμάτων in vivo επηρεάζοντας την αποτελεσματικότητα επαναπρογραμματισμού [14].

Συνολικά, είναι εφικτό να παρέμβουμε σε ιστούς που έχουν προγηρανθεί για συνολικό όφελος, εκμεταλλευόμενοι τον ασυγχρονισμό στη γήρανση [18]. Είναι επίσης γνωστό ότι το μικροπεριβάλλον έχει καθοριστική επίδραση στην κατάσταση της γήρανσης των κυττάρων (τα κύτταρα που εκτίθενται στο έκκριμα των γηρασμένων κυττάρων θα γεράσουν πιο γρήγορα)|13]. Αντίθετα, η βελτίωση του κυτταρικού μικροπεριβάλλοντος (αύξηση του εκκριτικού φαινοτύπου των νεαρών κυττάρων) για την καταπολέμηση της γήρανσης είναι μια πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση [19]. Συγκεκριμένα, ο λιπώδης ιστός είναι ένας από τους πρώτους που επηρεάζονται από τη γήρανση (έχει επίσης σημαντική επίδραση στη φλεγμονώδη κατάσταση που σχετίζεται με τη γήρανση)[1,2].

2.2 "Συνεργιστικό αποτέλεσμα" στην Αντιγήρανση

Αποδεικνύεται ότι η θεραπεία αίματος περιλαμβάνει αρκετούς διαφορετικούς αντιγηραντικούς παράγοντες (GDF11 [20], GPLD1 [21], clusterin [22], Klotho [23], κ.λπ.). Από τη μία πλευρά, οδηγεί σε διαμάχες [19, αλλά από την άλλη πλευρά, υποδηλώνει επίσης ότι μπορούν να επιτευχθούν μεγαλύτερα οφέλη με το συγχρονισμό πολλών παραγόντων για την καταπολέμηση της γήρανσης. Η συνεργική αντιγήρανση είναι ένα φαινόμενο στο οποίο η συνδυασμένη διαμόρφωση πολλαπλών αντιγηραντικών παραγόντων παράγει υψηλότερο αποτέλεσμα από το άθροισμα των επιπτώσεων της τροποποίησης οποιουδήποτε από αυτούς ξεχωριστά. Ως εκ τούτου, οι μελέτες των προτύπων γήρανσης είναι διδακτικές όταν ανακαλύπτουμε κρίσιμες οδούς αντιγήρανσης με συνεργιστική δυνατότητα (π.χ. σε απλούς ευκαρυώτες).

Ορισμένα κύτταρα ζυμομύκητα παρουσιάζουν σημαντικές αλλαγές πυρηνικής σταθερότητας κατά τη γήρανση των κυττάρων και παρουσιάζουν ριβοσωμική γήρανση, ενώ άλλα αναπτύσσουν μιτοχονδριακή δυσλειτουργία. Σε ζυμομύκητες με μοτίβο ριβοσωμικής γήρανσης, η υπερέκφραση του Sir2 (μιας αποακετυλάσης λυσίνης που συμβάλλει στη σίγαση του ριβοσωμικού DNA) θα επεκτείνει τη μέση διάρκεια ζωής της ζύμης [24,25]. Η υπερέκφραση των Sir2 και Hap4 παρατείνει τη διάρκεια ζωής παράγοντας συνεργιστικά και όχι αθροιστικά αποτελέσματα [26]. Ένα παρόμοιο συνεργιστικό αποτέλεσμα παρατηρείται όταν το μετάλλαγμα μακροζωίας fob1A ενισχύει τη σταθερότητα του rDNA σε συνδυασμό με την υπερέκφραση Hap4 [25]. Αυτό το μοντέλο εξηγεί επίσης τη συνέργεια κατά της γήρανσης μεταξύ του θερμιδικού περιορισμού, της προώθησης της πρωτεΐνης ενεργοποιητή αίμης (HAP) και του Sir2 [26]. Αυτοί οι δύο φαινομενικά ανεξάρτητοι παράγοντες διάρκειας ζωής μπορούν να κατανοηθούν ως δύο βασικοί αντιγηραντικοί κόμβοι και στόχοι με συνεργιστικά αντιγηραντικά αποτελέσματα. Και οι δύο θα μπορούσαν να θεωρηθούν κρίσιμοι κόμβοι αντιγήρανσης που πρέπει να ρυθμιστούν ταυτόχρονα.

Σε μια άλλη μελέτη που χρησιμοποιεί το Caenorhabditis elegans(C.elegans) ως μοντέλο, εντοπίστηκε ένα βασικό ρυθμιστικό γονίδιο που ονομάζεται CYC-2.1 (ορθολόγος κυτοχρώματος C νηματωδών), ένα κυτόχρωμα που σχετίζεται έντονα με τη γήρανση των μιτοχονδρίων. Η μείωση της έκφρασης του CYC-2.1 ενεργοποίησε την "απόκριση της ξεδιπλωμένης πρωτεΐνης" στα μιτοχόνδρια, προάγοντας τη διαίρεση τους και επεκτείνοντας έτσι σημαντικά τη διάρκεια ζωής των νηματωδών [27]. Οι κίνδυνοι-1(η μετάλλαξη του ριβοσωμικού C.elegans S6Kortholog) αύξησε τη μέση διάρκεια ζωής κατά 20 τοις εκατό, η μετάλλαξη daf-2(ορθολόγος του υποδοχέα αυξητικού παράγοντα 1 νηματωδών ινσουλίνης) αύξησε τη μέση διάρκεια ζωής κατά 169 τοις εκατό , και η διπλή μετάλλαξη daf-2 και οι κίνδυνοι-1 αύξησαν τη μέση διάρκεια ζωής κατά 454 τοις εκατό σε σχέση με τον άγριο τύπο. Επομένως, η αυξημένη μακροζωία των διπλών μεταλλαγμάτων daf{-2 και κινδύνου-1 δεν είναι απλώς προσθετική αλλά έχει συνεργιστική επίδραση στη μακροζωία [28]. Από την άλλη πλευρά, το TOR (στόχος της ραπαμυκίνης) ρυθμίζει τα επίπεδα μετάφρασης του mRNA μέσω της ριβοσωμικής κινάσης S6 (S6K)[29]. Ως εκ τούτου, καταδεικνύει μια σημαντική συνεργιστική δράση κατά της γήρανσης των μιτοχονδρίων του IIS (ινσουλινοειδούς σηματοδότησης) και του TOR [27]. Αυτή η μελέτη προτείνει επίσης ότι η συνεργική ρύθμιση των γονιδίων της ριβοσωματικής πρωτεΐνης και της μιτοχονδριακής λειτουργίας θα μπορούσε να αυξήσει τις συνεργικές επιδράσεις των βασικών αντιγηραντικών παραγόντων σε μεγαλύτερο βαθμό. Υπονοεί επίσης ότι η ρύθμιση της μιτοχονδριακής λειτουργίας θα μπορούσε να επιτευχθεί μέσω μεταβολικού επαναπρογραμματισμού που προκαλείται από απομακρυσμένη ενδοκυτταρική ρύθμιση και θα μπορούσε να προκαλέσει μια ευρύτερη απόκριση από διάφορα ανοσομεταβολικά κύτταρα και όργανα μέσω ενός αντιγηραντικού εκκριτικού φαινοτύπου.

Απόκριση βλάβης DNA (DDR) που προκαλείται από αντιδραστικά είδη οξυγόνου (ROS) ενεργοποιεί το mTORC1 μέσω άμεσης φωσφορυλίωσης της κινάσης πρωτεΐνης B(PKB/Akt) από το ATM και το ενεργοποιημένο Akt φωσφορυλιώνει απευθείας το σύμπλεγμα TSC1/TSC2, ενεργοποιώντας με αυτόν τον τρόπο το mTORC1.

Η ενεργοποίηση του mTORCl προάγει την εξαρτώμενη από το ROS DDR και, μέσω του μεταγραφικού συν-ενεργοποιητή μιτοχονδριακής βιογένεσης, ενεργοποιημένος από πολλαπλασιαστή υποδοχέα υπεροξισώματος-συνενεργοποιητή γάμμα-1βήτα (PGC-1), προάγει τους φαινοτύπους της γήρανσης (π.χ. ASAP) , καταλήγοντας τελικά σε ενεργοποίηση DDR με τη μεσολάβηση ROS (ανοδική ρύθμιση της πρωτεΐνης DR yH2A.X) και διακοπή του κυτταρικού κύκλου (με μειωμένη έκφραση του p21Maf1/Cipl και του p16INK4a)[4]. Αυτός ο φαινομενικός φαύλος κύκλος, αν δεν σπάσει, οδηγεί σε αυξανόμενη γήρανση. Έτσι, οι βελτιώσεις στη λειτουργία των μιτοχονδρίων και η αλλοιωμένη κατάσταση οξειδοαναγωγής είναι βασικοί παράγοντες για να σπάσει αυτό το αδιέξοδο.

Η γήρανση που σχετίζεται με τη μιτοχονδριακή δυσλειτουργία (MiDAS) οδηγεί σε μείωση της αναλογίας NAD*/NADH, η οποία οδηγεί σε ενεργοποίηση της AMPK και της p53, η οποία οδηγεί και στη διακοπή της ανάπτυξης των γηρασμένων κυττάρων (που προκαλείται από την ενεργοποίηση της p53, με το πυροσταφυλικό που εμποδίζει τη διακοπή της ανάπτυξης του MiDAS αλλά αποκαθιστώντας τη δραστηριότητα NF-kB) και την ενεργοποίηση της ρ53 με τη μεσολάβηση AMPK που μειώνει την έκκριση IL-1 [3]. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν πολλαπλά και περίπλοκα μοτίβα ASAP, έτσι ώστε οι στρατηγικές επαναπρογραμματισμού που εξαρτώνται από την αποτελεσματικότητα ενίσχυσης της IL-6 μπορούν να σπάσουν τον φαύλο κύκλο DR που εξαρτάται από τη μιτοχονδριακή δυσλειτουργία (MiD)-ROS διαμορφώνοντας την αναλογία NAD συν /NADH (πιθανώς παράλληλα με την απόκριση του πυροσταφυλικού) ενώ ανταποκρίνεται στην προώθηση του μικροπεριβάλλοντος της γήρανσης. Υπονοεί ότι η εμφάνιση και η διατήρηση μικροπεριβαλλόντων αναζωογόνησης στο αίμα [30] (π.χ. μικροπεριβάλλον ενδοκρινικής αναζωογόνησης), καθώς και μικροπεριβάλλοντος αναζωογόνησης του ανοσοποιητικού συστήματος, είναι ζωτικής σημασίας λόγω της συστημικής φύσης τους (που επηρεάζουν σχεδόν όλα τα κύτταρα) και του εύρους των επιπτώσεών τους (συμμετοχή σε όλες σχεδόν τις οδούς που σχετίζονται με την αναζωογόνηση).

Η βραχυπρόθεσμη έκθεση σε Oct4, Sox2, Klf4 και c-Myc (OSKM) (ονομάζονται επίσης «παράγοντες Yamanaka») αναστρέφει τον φαινότυπο γήρανσης των κυττάρων[31], αποδεικνύοντας ότι η γήρανση είναι αναστρέψιμη [32]. Αυτό σημαίνει ότι η αναζωογόνηση των γηρασμένων κυττάρων είναι μια νέα στρατηγική για τη διακοπή του φαύλου κύκλου της γήρανσης με τη δημιουργία δυναμικής ομοιόστασης αναζωογόνησης σε πολλαπλές οδούς μαζί. Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο πρόωρος τερματισμός του επαναπρογραμματισμού μπορεί να οδηγήσει σε αποτυχία στην αναζωογόνηση των MSCs[3]. Έτσι, ο μερικός επαναπρογραμματισμός (που ορίζεται ως επαγωγή της έκφρασης των παραγόντων Yamanaka για την αναστροφή του φαινοτύπου γήρανσης των κυττάρων αλλά χωρίς να σχηματίζονται πολυδύναμα βλαστοκύτταρα που προκαλούνται από iPSC) είναι μια πιθανή παρέμβαση κατά της γήρανσης [31] (Εικόνα 1).

3. Στρατηγικές για την αντιστροφή της γήρανσης και τους πιθανούς υποκείμενους μηχανισμούς

3.1. Θεραπείες που βασίζονται στον επαναπρογραμματισμό για την αντιστροφή της γήρανσης

Ο μερικός επαναπρογραμματισμός επιμηκύνει ταυτόχρονα τα τελομερή, αναστέλλει την p53 και αποκαθιστά τη μιτοχονδριακή λειτουργία [31]. Είναι ενδιαφέρον ότι η υπερέκφραση της αντίστροφης μεταγραφάσης της τελομεράσης σε διαγονιδιακά ποντίκια (ποντίκια Sp53/Sp16/SArf/Tg Tert) έδειξε βελτιωμένη αντίσταση στον όγκο και βρέθηκε ότι αποτρέπει τον εκφυλισμό που σχετίζεται με τη γήρανση (κυρίως ατροφία) και φλεγμονώδεις διεργασίες, υψηλότερα επίπεδα IGF1 στο αίμα και μείωση των εστιών y-H2AX. Η αυξημένη ανοχή στη γλυκόζη και ο νευρομυϊκός συντονισμός προκαλούν μεγαλύτερη μέση διάρκεια ζωής [40]. Το μονοπάτι του τελομερούς-p{10}}PGC και το κατάντη γονιδιακό του δίκτυο ρυθμίζουν τη λειτουργική κατάσταση πολλαπλών οργάνων και τη γήρανση: τα αυξημένα επίπεδα της p53(Trp53) οδηγούν στην αναστολή του ενεργοποιημένου από τον πολλαπλασιαστή υπεροξισώματος υποδοχέα-συνενεργοποιητή γάμμα-l άλφα (PGC -1ο) Η διαγραφή της βλαστικής γραμμής του p53 αποκαθιστά πλήρως την έκφραση του δικτύου PGC. Η έκφραση PGC{18}}αποκαθιστά τη μιτοχονδριακή αναπνοή, την καρδιακή λειτουργία και την αλλοστερική γλυκόζη [41]. Επιπλέον, η μείωση του ενεργοποιημένου από τον πολλαπλασιαστή υπεροξισώματος υποδοχέα-συνενεργοποιητή γάμμα-1βήτα (PGC-1b) εξασθενεί τους κυτταρικούς φαινοτύπους που σχετίζονται με τη γήρανση [4]. Αυτό σημαίνει ότι η βραχυπρόθεσμη κυκλική έκφραση του OSKM μπορεί να αναζωογονήσει το επιγονιδίωμα των γηρασμένων κυττάρων in vivo, να μειώσει τα p16lnk4a και SASP και να επηρεάσει διάφορες ρυθμιστικές οδούς που σχετίζονται με τη γήρανση (όπως δυσλειτουργία μιτοχονδρίων, βλάβη DNA, μειωμένη αναδίπλωση πρωτεΐνης, φλεγμονή τελομερών και βράχυνση, [31]), ασκώντας έτσι μια συνεργική αντιγηραντική δράση.

Εικόνα 1. Σημαντικές εξελίξεις στην αναζωογόνηση μέσω μερικού επαναπρογραμματισμού. Manukyan et al: Εννέα ημέρες έκφρασης OSKML αποκατέστησαν το επίπεδο της πρωτεΐνης ετεροχρωματίνης 1 (HP1) σε γηρασμένους ανθρώπινους ινοβλάστες [32]. Ocampo et al: Η βραχυπρόθεσμη έκφραση OSKM ανακούφισε τους φαινοτύπους γήρανσης και αυξημένη διάρκεια ζωής των ποντικών progeria (ποντίκια LAKI4F)[31]. Oliva et al.: Ο μερικός επαναπρογραμματισμός (OSKM) προκάλεσε σταθερή αναζωογόνηση ενήλικων ανθρώπινων ινοβλαστών πριν σχηματιστούν iPSC [ 34]. Horvath et al: Ο Steve Horvath ανέπτυξε ένα «επιγενετικό ρολόι» που βασίζεται στη μεθυλίωση του DNA για να εκτιμήσει την έκταση της ηλικίας (το ρολόι Horvath)[35]. Sarkar et al.: Η βραχυπρόθεσμη έκφραση OSKMNL αποκατέστησε την επιγενετική ηλικία (ρολόι Horvath) των ηλικιωμένων ανθρώπινων ινοβλαστών και των ενδοθηλιακών κυττάρων με επιμόλυνση mRNA [36]. Lu Y et al.: Η θεραπεία με OSK επανέφερε την επιγενετική ηλικία (ρολόι Horvath) και αποκατέστησε την όραση των ποντικών μέσω του αδενο-σχετιζόμενου φορέα ιού (AAV)[37]. Gill et al: Ο παροδικός επαναπρογραμματισμός (OSKM) ανανέωσε τα ώριμα ανθρώπινα κύτταρα [38]. Alle et al: Η θεραπεία με OSKM αύξησε τη διάρκεια ζωής και βελτίωσε τους πρόωρους φαινότυπους στα ποντίκια progeria [39].

Λόγω του «ασύγχρονου» χαρακτήρα της γήρανσης, ο επαναπρογραμματισμός των γηρασμένων κυττάρων επηρεάζει κατά προτίμηση τους ιστούς που επηρεάζονται πρώτα από τη γήρανση (π.χ. λιπώδης ιστός, ανοσοποιητικό σύστημα και ινοβλάστες [1,2]). Ξεκινάμε, λοιπόν, τη συζήτησή μας με τον λιπώδη ιστό (Εικόνα 2). Η γήρανση συχνά συνοδεύεται από μείωση των υποδόριου λιποκυττάρων που χαρακτηρίζεται από την εξάντληση των πρόδρομων λιπωδών κυττάρων [42], η οποία με τη σειρά της προκαλεί αλλαγή στην κατανομή του λιπώδους ιστού - δηλαδή περισσότερο σπλαχνικό λευκό λίπος και λιγότερο καφέ λίπος [43,44] επίσης ως έκτοπες εναποθέσεις λίπους [45]. Αυτός ο μετασχηματισμός οδηγεί σε έναν φαύλο κύκλο παραγωγής ενός μικροπεριβάλλοντος γήρανσης μέσω μιας ανισορροπίας στη φλεγμονώδη κατάσταση και την κυτταρική μεταβολική κατάσταση που σχετίζεται με τη γήρανση και, κατά συνέπεια, τη διαταραχή της κυτταρικής ομοιόστασης (πρωτεόσταση) [46].

Η γήρανση των πρόδρομων λιπωδών κυττάρων (που προκαλείται από τη μείωση της sirtuin 1) οδηγεί στη συσσώρευση γηρασμένων λιποκυττάρων [43], τα οποία εκκρίνουν προφλεγμονώδεις παράγοντες που αποτελούν το πρώτο μέρος του γηρασμένου μικροπεριβάλλοντος και προκαλούν χρόνια φλεγμονώδη διήθηση του λιπώδους ιστού [47]. Καθώς η γήρανση ανακατανέμει το λίπος (το σπλαχνικό λίπος αυξάνεται), ο γηρασμένος λιπώδης ιστός μεταφέρει τη χρόνια φλεγμονώδη κατάσταση που σχετίζεται με τη γήρανση (Mcp-1 και l-6) σε όλο το σώμα και σταδιακά συσσωρεύεται.

Ο αυξημένος λευκός λιπώδης ιστός προκαλεί μείωση των επιπέδων γλουταμίνης στον λιπώδη ιστό, οδηγώντας σε αυξημένη γλυκόλυση των μακροφάγων στον λιπώδη ιστό, αυξημένη προφλεγμονώδη μεταγραφή και έκκριση μεγάλων ποσοτήτων SASP στην περιφερική μικροκυκλοφορία, δημιουργώντας ένα δεύτερο μέρος του γερασμένου μικροπεριβάλλοντος. 48].

Τα μακροφάγα Μ1 στον γηρασμένο λευκό λιπώδη ιστό καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες NAD συν [11,12] και τα λιποκύτταρα εκκρίνουν λιγότερο en amp λόγω γήρανσης [49,50], με αποτέλεσμα μια συστηματική ανισορροπία της αναλογίας NAD συν /NADH (χαμηλότερη), η οποία επιταχύνει Γήρανση που σχετίζεται με τη μιτοχονδριακή δυσλειτουργία στα κύτταρα σε όλο το σώμα [3], με αποτέλεσμα την ανισορροπία της μεταβολικής κατάστασης της ενέργειας (αύξηση γλυκόλυσης) και τη δημιουργία του τρίτου μέρους του γηρασμένου μικροπεριβάλλοντος.

Οι μιτοχονδριακές μεταβολικές διαταραχές προκαλούν ενισχυμένες γλυκολυτικές οδούς και διαταραχές κυτταρικής οξειδοαναγωγής, με αποτέλεσμα συστηματικές διαταραχές οξειδοαναγωγής [3,4]. Οι συστημικοί ινοβλάστες υπό την επίδραση των τριών πρώτων τμημάτων της γήρανσης και της δικής τους γήρανσης, μειώνουν την έκκριση GST, επιδεινώνοντας τη συστηματική υπεροξείδωση και δημιουργώντας το τέταρτο μέρος του μικροπεριβάλλοντος γήρανσης [51].

Η διαταραχή οξειδοαναγωγής επηρεάζει έντονα τη γονιδιωματική σταθερότητα [5], δημιουργώντας πολλές λανθασμένες πρωτεΐνες, οι οποίες σχηματίζουν συσσωματώματα που αποβάλλονται από τα κύτταρα και τα λιποκύτταρα, τα οποία αποβάλλουν επίσης γηρασμένα μιτοχόνδρια, σχηματίζοντας το πέμπτο μέρος του γηρασμένου μικροπεριβάλλοντος [52-54].

μονοπάτια με υπερέκφραση του Sirt1 [43,55]) από υπερέκφραση του OSKM που προκαλείται από δοξυκυκλίνη. Η αντιστροφή της γήρανσης με επαναπρογραμματισμό μπορεί να βελτιώσει πλήρως τους δείκτες γήρανσης (μείωση των p16, p21, γαλακτοσιδάση που σχετίζεται με τη γήρανση, κ.λπ.) και μπορεί, ταυτόχρονα, να βελτιώσει τους εκκριτικούς φαινοτύπους που σχετίζονται με τη γήρανση (μείωση Mcp-1 και Il-6, MMP13) και ακόμη βελτιώνουν την κατάσταση μεθυλίωσης ιστόνης (μείωση H3K9me3, H4K20me3)[31]. Με την αναζωογόνηση του λιπώδους ιστού (επιμήκυνση τελομερών, αναδιαμόρφωση φαινοτυπικής αναζωογόνησης και προώθηση της αποκατάστασης της γονιδιακής βλάβης), η ανοδική ρύθμιση της γλουταμινάσης 1 [56] του λιποκυττάρου αντιστρέφεται και ο ιστός διασώζεται από την κατάσταση εξάντλησης γλουταμίνης που προκαλείται από τη γήρανση. Τα αυξημένα επίπεδα γλουταμίνης θα βελτιώσουν τη χρόνια φλεγμονώδη κατάσταση που σχετίζεται με τη γήρανση σε συστηματική κλίμακα μειώνοντας τη μεταγραφή των προφλεγμονωδών γονιδίων στα μακροφάγα στον λιπώδη ιστό [48]. Αυτό σημαίνει ότι η παραγωγή εκκριτικών φαινοτύπων που σχετίζονται με τη γήρανση μειώνεται, ευνοώντας έτσι τη διατήρηση μιας νεανικής κατάστασης στους περιβάλλοντες ινοβλάστες, τα λιποκύτταρα και τους εαυτούς τους. Ο επαναπρογραμματισμός προάγει επίσης την παραγωγή εκκριτικού en amp σε εξωκυτταρικά κυστίδια. Μεταβάλλοντας την περιεκτικότητα των κυττάρων NAD plus για τη ρύθμιση της μιτοχονδριακής μεταβολικής τους κατάστασης και της οξειδοαναγωγικής ομοιόστασης, το en amp προάγει την αναζωογόνηση διαφόρων κυττάρων σε όλο το σώμα (βελτιώνει τους φαινοτύπους έκκρισης του παγκρέατος και του υποθαλάμου, ενισχύοντας έτσι την αντιγηραντική δράση μέσω των ορμονών)[49,57 ]. Η αναζωογόνηση των μακροφάγων όχι μόνο βελτιώνει την αναζωογόνηση του συστημικού εκκριτικού φαινοτύπου, αλλά και μειώνει την αποικοδόμηση του NADf μέσω μειωμένης έκφρασης CD38 [11]. Αυτό μπορεί να έχει μια συνεργιστική δράση κατά της γήρανσης με το en amp. Το NAD plus και ένας αναζωογονημένος εκκριτικός φαινότυπος (πιθανώς μέσω μεταβολικού επαναπρογραμματισμού ή κυτταρικής αναζωογόνησης μέσω της ρύθμισης ERK-AMPK των P16 και P53) βελτιώνουν την εκκριτική ικανότητα GST των ινοβλαστών. Η παροχή GSTI σε όργανα σε όλο το σώμα μέσω εξωκυτταρικών κυστιδίων βελτίωσε την ομοιόσταση της κυτταρικής οξειδοαναγωγής, με αποτέλεσμα μια πολλά υποσχόμενη αντιγηραντική δράση (βελτιώνει την κατάσταση οξειδοαναγωγής του ήπατος και τη γήρανση των νεφρών)[51]. Συνολικά, ο τοπικός επαναπρογραμματισμός μέσω συστημικής κυτταρικής επικοινωνίας (en amp, YSAP, GST, κ.λπ.) παράγει συνεργιστικά αντιγηραντικά αποτελέσματα (βελτίωση της οξειδοαναγωγικής και μεταβολικές ανισορροπίες που προκαλούνται από τη γήρανση των μιτοχονδρίων και την αστάθεια πρωτεΐνης που προκαλείται από τη γήρανση των ριβοσωμάτων). Ωστόσο, αξίζει να σημειωθεί ότι απαιτούνται περαιτέρω μελέτες για να καθοριστεί εάν ο επαναπρογραμματισμός μπορεί να προκαλέσει επαρκείς αλλαγές στον εκκριτικό φαινότυπο και εάν η διακυτταρική επικοινωνία μπορεί να αλλάξει τον εκκριτικό φαινότυπο των γειτονικών κυττάρων. (μαύρο βέλος: άμεσο διεγερτικό, στρογγυλό βέλος: κύκλος, διακεκομμένο βέλος: δοκιμαστικό διεγερτικό, κάτω ξεθωριασμένο βέλος: μείωση, επάνω ξεθωριασμένο βέλος: αύξηση, οι γκρι διακεκομμένες γραμμές απεικονίζουν βελτιώσεις μακρο-επίπεδου στα αριστερά και βελτιώσεις μικροεπιπέδου στα δεξιά , και τα δύο χωρίζονται με πράσινες διακεκομμένες γραμμές).

Οι πρωτεϊνικές αναντιστοιχίες φτάνουν στο ανώτερο όριο της κυτταρικής εκκένωσης και συνεχίζουν να συσσωρεύονται, βλάπτοντας τον γενετικό μηχανισμό επιδιόρθωσης του κυττάρου, ο οποίος με τη σειρά του διαταράσσει όλες τις κυτταρικές λειτουργίες σε κατάσταση μη αναστρέψιμου θανάτου, απελευθερώνοντας απόβλητα μετά τον θάνατό τους και δημιουργώντας έτσι το έκτο μέρος του γερασμένου μικροπεριβάλλοντος . (Ως εκ τούτου, η απλή αφαίρεση των γηρασμένων κυττάρων μπορεί να μην αποφύγει τη διαδικασία απελευθέρωσης σήματος γηρασμού κατά τη διάρκεια του γηρασμένου κυτταρικού θανάτου).

3.2. Πιθανοί βασικοί μηχανισμοί που σχετίζονται με θεραπείες που βασίζονται στον επαναπρογραμματισμό

3.2.1. Αναστολείς κινάσης που εξαρτώνται από κυκλίνη (p16INK4A)

Πολλαπλές σειρές στοιχείων υποδηλώνουν την εκτεταμένη συμμετοχή του p16INK4A στη διαδικασία της γήρανσης, η οποία θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως εναλλακτικό ρυθμιστικό κέντρο σε στρατηγικές αντιγήρανσης. Τα ποντίκια με χαμηλά επίπεδα έκφρασης της κινάσης BubR1 του σημείου ελέγχου του κυτταρικού κύκλου υποφέρουν από επιτάχυνση της γήρανσης καθώς και από υψηλά επίπεδα p16NK4A σε ιστούς με σχετιζόμενη με την ηλικία ιστοπαθολογία [58]. Η στοχευμένη μετάλλαξη του p16INK4A προκάλεσε καθυστέρηση γήρανσης στα ποντίκια BubR1. Αυτή η καθυστέρηση συνεχίστηκε μαζί με μειωμένα επίπεδα γηρασμένων κυττάρων. Αυτό αποκαλύπτει μια σύνδεση μεταξύ της βιολογικής γήρανσης και της κυτταρικής γήρανσης [59]. Σε ποντικούς INK-ATTAC, όπου τα γηρασμένα κύτταρα που εκφράζουν το p16NKA σκοτώνονται ειδικά, η απώλεια γηρασμένων κυττάρων αυξάνει τη διάρκεια ζωής και την υγεία [60]. Έχει παρατηρηθεί ότι το p16NK4Αποκλείει τη λειτουργία του E2F και έτσι αναστέλλει τη δραστηριότητα του προαγωγέα a-klotho για να επιταχύνει τη γήρανση[61]. Το p16INK4l αποτρέπει την απενεργοποίηση της φωσφορυλίωσης του ρετινοβλαστώματος (Rb) αναστέλλοντας τις εξαρτώμενες από την κυκλίνη D κινάσες. Στη συνέχεια, το Rb καταστέλλει την έκφραση των παραγόντων μεταγραφής E2F στρατολογώντας αποακετυλάσες ιστόνης στον προαγωγέα του. Η οδός του ενεργοποιημένου αμφιβληστροειδοβλαστώματος (Rb) προάγει ταυτόχρονα τον σχηματισμό ετεροχρωματικών εστιών που σχετίζονται με τη γήρανση (SAHF), βελτιώνοντας ομοίως τον μηχανισμό προαγωγής της γήρανσης του p16INK4a [62].

Είναι αμφιλεγόμενο εάν υπάρχουν παρενέργειες της αφαίρεσης των θετικών στο p16INK4a κυττάρων. Η αφαίρεση των θετικών κυττάρων p16NK4a μπορεί να οδηγήσει στην παρενέργεια της ίνωσης στο ήπαρ και τον περιαγγειακό ιστό, η οποία με τη σειρά της μειώνει το προσδόκιμο ζωής [63]. Ο μερικός επαναπρογραμματισμός των γηρασμένων κυττάρων είναι επομένως μία από τις πιθανές λύσεις σε αυτό το πρόβλημα.

Αυτό το άρθρο εξάγεται από το Cells 2022, 11, 830. https://doi.org/10.3390/cells11050830 https://www.mdpi.com/journal/cells