Spanische Wissenschaftler haben herausgefunden, dass bei gentechnisch veränderten Mäusen die Länge der Telomere in ihren Zellen zunimmt. Dies ermöglicht es ihnen, ihr Leben zu verlängern. Es ist jedoch notwendig, einige Tricks anzuwenden, damit ein echtes Monster nicht im weißen Licht erscheint. "Lenta.ru" spricht über eine riskante Methode zur Verjüngung gealterter Zellen.
Telomere sind die Enden von Chromosomen, die durch Wiederholung von DNA-Abschnitten gebildet werden, die aus sechs Nukleotiden (TTAGGG) bestehen. Trotz ihrer offensichtlichen Nutzlosigkeit erfüllen sie eine sehr wichtige Funktion. Tatsache ist, dass bei der Teilung von Zellen Chromosomen kopiert werden, dieser Prozess jedoch nicht spurlos verläuft. Bei neuen Chromosomen sind die Enden immer etwas kürzer als bei den Eltern. Telomere spielen die Rolle von Schutzkappen, da sie keine wichtigen genetischen Informationen enthalten.
Mit jeder Zellgeneration werden die Telomere jedoch immer kürzer, bis ein kritischer Moment eintritt, der als Hayflick-Grenze bezeichnet wird. Zellen, die diese Grenze erreicht haben, teilen sich nicht mehr und sterben ab.
Einige Zellen (Stamm, Geschlecht und andere) können die Länge ihrer Telomere erhöhen. Dies ist auf ein Enzym zurückzuführen, das als endogene Telomerase bezeichnet wird. Es fügt das gleiche TTAGGG-Fragment am Ende der Chromosomen hinzu. Wenn Sie die Menge in den Zellen erhöhen, können sie sich unbegrenzt teilen und die Hayflick-Grenze überwinden.
Stammzellen im erwachsenen Körper altern ebenfalls allmählich, da in ihnen nicht sehr viel Telomerase produziert wird. Es reicht jedoch aus, wenn lebende Organismen viele Jahre existieren und ihre Wunden immer wieder heilen.
Wenn biologisches Gewebe beschädigt ist, werden die Prozesse seiner Regeneration gestartet. Stammzellen teilen sich zu normalen somatischen (Körper-) Zellen. Solche "Nachkommen" verlieren nicht nur die Pluripotenz, dh die Fähigkeit zur Transformation (Differenzierung), sondern auch die Fähigkeit zur Synthese von Telomerase. Somit erlaubt der Körper nur bestimmten Gruppen von Zellen, sich auf unbestimmte Zeit zu teilen, da sonst das Risiko für Krebstumoren um ein Vielfaches zunehmen würde.
Embryonische Stammzellen
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Foto: Nissim Benvenisty / Wikimedia
Was macht Stammzellen zu normalen? Obwohl in allen Körperzellen die gleichen Gene vorhanden sind, können einige von ihnen in einem bestimmten Gewebetyp ausgeschaltet werden. Zum Beispiel in den Nervengeweben des Gehirns, durch die elektrische Impulse fließen, funktioniert ein Satz von Genen und auf den Langerhans-Inseln, die sich in der Bauchspeicheldrüse befinden und Insulin produzieren, ein anderer. Ein übergeordnetes System aus epigenetischen Faktoren - Molekülen, die sich an die DNA binden und deren Funktionen regulieren - schaltet Gene ein und aus. Der gesamte Satz von Faktoren, die an die Doppelhelix gebunden sind, bildet ein Epigenom und ist natürlich in jedem Gewebetyp unterschiedlich.
Daraus folgt eine logische Schlussfolgerung: Um eine Zelle wieder in eine Stammzelle zu verwandeln, müssen Sie sie durch ein Epigenom ändern, dh neu programmieren. Dies kann erreicht werden, indem vier spezifische Verbindungen eingeführt werden, die als Yamanaka-Faktoren bezeichnet werden (OSKM - Oct4, Klf4, Sox2 und c-Myc). Sie sind auch an der epigenetischen Regulation beteiligt, wodurch die Fähigkeit der Zellen zur Differenzierung erhalten bleibt. Sie wurden erstmals 2006 von der japanischen Forscherin Shinya Yamanaka verwendet, die Fibroblasten in induzierte Stammzellen (iPS-Zellen) umwandeln konnte. Dafür wurde der Wissenschaftler 2012 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.
Yamanaka verjüngte tatsächlich einzelne Zellen, indem er sie auf epigenetischer Ebene neu programmierte und den Prozess der Dedifferenzierung startete. Es stellt sich die Frage: Ist es möglich, dasselbe mit einem ganzen Organismus zu tun, zumindest mit einer Maus? Das Problem ist, dass wir damit den Bund brechen, "es sollte nicht viele Stammzellen geben", weil, wie bereits erwähnt, das Krebsrisiko steigt. Darüber hinaus macht es keinen Sinn, Organe und Gewebe in Klumpen homogener iPS-Zellen umzuwandeln - der Körper stirbt einfach ab. Eine weitere Schwierigkeit liegt in der Tatsache, dass sich induzierte Stammzellen spontan zu Teratomen (aus altgriechischen τέρατος - "Monster") - Tumoren in Form von unterentwickelten Organen wie Zähnen, Augen oder sogar dem Gehirn entwickeln können.
Es stellte sich jedoch heraus, dass es durchaus möglich ist, Tumore zu vermeiden. Sie können also somatische Zellen nicht in Stammzellen verwandeln und ihnen ihre Funktionalität entziehen, sondern nur kurz die Yamanaka-Faktoren aktivieren, um das Gewebe leicht zu verjüngen. Zu diesem Zweck haben Wissenschaftler transgene Mäuse erstellt und eine Kassette mit einer Reihe aufeinanderfolgender Gene, die OSKM codieren, in ihre DNA eingelegt. Die Kassette, die als polycistronische Kassette bezeichnet wird (Cistron ist dasselbe wie ein Gen), schaltet sich in Gegenwart des halbsynthetischen Antibiotikums Doxycyclin ein. Dadurch werden Yamanaka-Faktoren erzeugt. Ohne ein Antibiotikum wird die Neuprogrammierung gestoppt.
Telomerase (grüne Punkte) in der Bauchspeicheldrüse von gentechnisch veränderten Mäusen
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Spanische Forscher, die die Veränderungen der Telomere bei umprogrammierten Mäusen untersuchten, beschlossen, die Aufgabe nicht zu komplizieren. Für ihre Zwecke war es ausreichend, die polycistronische Kassette zu aktivieren und zu verfolgen, was mit den Enden der Chromosomen passiert. Das Vorhandensein von Teratomen und Dysplasien in tierischen Geweben zeigte an, dass die Reprogrammierung erfolgreich war.
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass somatische Zellen sich verlängern, wenn sie sich in Stammtelomere verwandeln. Dies ist logisch, wenn man bedenkt, dass sich iPS-Zellen unbegrenzt teilen können. Darüber hinaus haben die Forscher festgestellt, dass die Telomerase dabei eine wichtige Rolle spielt.
Bisher hatten Genetiker keine Beweise dafür, dass es möglich ist, endogene Telomerase in einem erwachsenen Organismus unter Verwendung epigenetischer Faktoren zu induzieren. Aber genau das passiert. Die Yamanaka-Faktoren scheinen die Genkaskaden zu wechseln und schließlich das Telomer-verlängernde Enzym zu aktivieren.
Krebszellen HeLa
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Ein ähnlicher Prozess begleitet nicht nur die Neuprogrammierung somatischer Zellen, sondern auch deren Malignität. Krebszellen haben viel mit Stammzellen gemeinsam. Sie kann auf unbestimmte Zeit teilen. Das bekannteste Beispiel sind die "unsterblichen" HeLa-Zellen. Sie wurden 1951 aus einem Tumor des Gebärmutterhalses einer im selben Jahr verstorbenen Patientin Henrietta Lacks isoliert und werden noch immer in zahlreichen Experimenten verwendet.
Krebszellen sind im Wesentlichen auch somatische Zellen umprogrammiert. Laut Wissenschaftlern treten ähnliche Veränderungen bei Telomeren auf. Studien mit iPS-Zellen werden daher die Details der molekularen Prozesse aufdecken, die während der Bildung von Tumoren auftreten.
Alexander Enikeev
