2. Příběh parabiózy

tvrzení, že krev může omlazovat naše orgány, byla revitalizována jednou výzkumnou skupinou na Lékařské fakultě Stanfordské univerzity v letech 2005 a 2010 . Tyto studie vycházely z pozorování, která ukazují, že regenerační kapacita tkání s věkem klesá. V tkáních, jako jsou svaly, krev, játra a mozek, byl tento pokles přičítán snížené citlivosti kmenových a progenitorových buněk specifických pro tkáň . Nicméně, ve věku svalů úspěšně regeneruje když naroubován do svalu v mladé hostitele, ale mladý svalové zobrazuje zhoršené regeneraci, když naroubován do věku hostitele . Za tyto vzájemné účinky by mohly být odpovědné místní nebo systémové faktory. Za účelem testování, zda systémové faktory mohou podporovat regeneraci tkání u mladých zvířat a/nebo inhibují regeneraci ve starých zvířat, papír, pomocí Conboy a kolegů z roku 2005 uvádí experimentální nastavení, ve kterém – na rozdíl od transplantace – regeneruje tkáně u starších zvířat jsou vystaveny pouze na cirkulující faktory mladých zvířat, a vice versa . Tak, oni založili parabiotic párování mezi mladé a staré myši (heterochronic parabioses), s parabiotic párování mezi dvěma mladými myši nebo dva staré myši (isochronic parabioses), které slouží jako ovládací prvky (Obr. 1). V parabiosa, dvě myši jsou chirurgicky připojil, tak, že oni se vyvíjejí společnou krevní oběh s rychlou a kontinuální výměnu buněk a rozpustných faktorů na fyziologické úrovni prostřednictvím jejich společným oběhový systém . Parabióza byla vynalezena v roce 1864 fyziologem Paulem Bertem, aby zjistil, zda byl vytvořen společný oběhový systém. Clive McCay, biochemik a gerontolog na Cornell University v Ithace, New Yorku, byl první použít parabiosa ke studiu stárnutí, ale tato technika vypadl z laskavosti po roce 1970, pravděpodobně proto, že mnoho potkanů zemřel z tajemného stavu zvaného parabiotic onemocnění, které se vyskytuje přibližně jeden až dva týdny po partnerů jsou spojeny, a může být formou odmítnutí tkáně. Teprve na počátku století XXI, Irving Weissman a Thomas a. Skialpový na Stanford University přinesl parabiosa zpátky do života, studovat pohyb a osud krevní kmenové buňky.

Parabióza. Dvě myši jsou sešity dohromady a sdílejí společný krevní oběh. Heterochronic parabiosa je, když mladé myši je chirurgicky připojil k věku partnerů, zatímco isochronic parabiosa je uvedená dvojice young-mladý nebo starý-stará zvířata. Upraveno z ref. se svolením Nature Publishing Group.

Stanfordská skupina zkoumala regeneraci svalů a proliferaci jaterních buněk v prostředí parabiózy. Po poškození svalů byla regenerace svalů studována tvorbou myotub exprimujících embryonální myosinový těžký řetězec, specifický marker regeneračních myotub u dospělých zvířat. Pět dní po poranění se svaly u mladých zvířat v izochronických i heterochronních parabiózách robustně regenerovaly. Naproti tomu zraněný sval ze starých izochronických parabiontů se regeneroval špatně. Zejména parabióza u mladých myší významně zvýšila regeneraci svalů u starých partnerů. Regenerace ve věku sval byl téměř výhradně v důsledku aktivace obyvatel, ve věku progenitorové buňky, a ne k přihojení cirkulujících progenitorových buněk od mladých partnerů (jak soudil přítomností méně než 0,1% zelený fluorescenční protein vyjádření buněk odvozených od mladých partnerů transgenní pro ONZP). Vzhledem k tomu, že ztráta regenerace svalů s věkem je částečně způsobena poškozením souvisejícím s věkem v regulaci up delty Notch ligandu po poranění svalů, byla také studována exprese Delta. Zejména, satelitní buňky od věku partnerů heterochronic parabionts ukázal označeny nařízení Delta, srovnatelné s tím, které našli v jejich mladí partneři a u mladých myší, které nebyly vystaveny parabiotic párování (Obr. 2).

stárnutí svalů, jater a mozku u starých myší a omlazení heterochronní parabiózou. Regenerace kosterního svalstva po poranění je spojena s up regulací delty zářezového ligandu, která se s věkem ztrácí (horní panely). Proliferace hepatocytů u mladých zvířat koreluje s poklesem komplexu cEBP-α-brahma (cEBP-α-Brm) ve srovnání se starými myší (střední panely). Zatímco mladá zvířata mohou zvýšit svou neurogenezi a angiogenezi v subventrikulární zóně mozku, kde jsou přítomny nervové kmenové buňky, starší zvířata nemohou (spodní panely). Heterochonická parabióza v zásadě vrací všechny fenotypové a molekulární znaky stárnutí přenosem rozpustných faktorů a buněk.

V případě, že játra studií, a to jak ve svalu, zatímco šíření albumin-pozitivní buňky v staré isochonic parabionts bylo méně, než bylo pozorováno u mladých isochronic parabionts, parabiosa mladého partnera výrazně zvýšenou proliferaci hepatocytů ve věku myší. Jak také ve svalu, zvýšení proliferace hepatocytů ve věku myší byl kvůli rezidentní buňky, a ne transplantace cirkulujících buněk od mladých partnerů. Pokles proliferace progenitorových buněk hepatocytů je způsoben tvorbou komplexu zahrnujícího cEBP-α a faktor remodelace chromatinu brahma (Brm), který inhibuje genovou expresi řízenou E2F . Souběžně s účinkem na hepatocyty-regenerace, tvorba cEBP-α-Brm komplex byl zjištěn v játrech ze starých heterochronic parabionts ale ne od mladých isochronic ty, a komplexu byla snížena u staré heterochronicparabionts (Obr. 2). Konečně, ve svalech a játrech, si všimli, snížení buněčné proliferace progenitorových u mladých myší po parabiotic párování s starých myší, což naznačuje, že staré myši jsou obohaceny o inhibiční faktory, které se ředí na parabiosa. Celkově údaje naznačují, že existuje systémové faktory, které mohou modulovat molekulární signální dráhy důležité pro aktivaci nebo inhibici tkáně-specifických kmenových buněk, a to na systémové prostředí mladé zvíře je ten, který podporuje úspěšné regenerace, vzhledem k tomu, že starší zvíře, a to buď nepodporuje, nebo aktivně brání úspěšné regeneraci tkání. A konečně, tato práce také ukázala, že tkáňově specifické kmenové/progenitorové buňky si ponechávají mnoho z jejich vnitřních proliferační potenciál, i když starý, ale že s věkem související změny v systémovém prostředí a/nebo výklenek, ve kterém progenitorové buňky jsou umístěny, brání plnou aktivaci těchto buněk pro produktivní regeneraci tkání.

V novinách z roku 2010, Sázky a kolegové se pokusili zjistit, jaká je role místních micro ekologické niky-související a systémové faktory stárnutí hematopoetických kmenových a progenitorových buňkách (HSPCs), pomocí in vivo parabiotic myši systém a studium HSC frekvence a počet dlouhodobě HSCs (LT-HSCs). Kongenní markery byly použity k rozlišení HSC od starších versus mladých partnerů. Stárnutí je doprovázeno na úrovni kostní dřeně do značné rozšíření HSPCs spolu paradoxně se sníženou kapacitou krve rozpuštění a asymetrické diferenciace potenciálu po transplantaci . Ve věku-heterochronic parabionts ukázala významné snížení LT-HSCs, který se přiblížil normální mladý úrovně. Tento účinek byl zejména způsoben změnami v samotné populaci HSC ve věku, a nikoli obchodováním s „mladými“ buňkami do kostní dřeně partnerů ve věku. Navíc, heterochronic parabiosa také vyvolané oživení LT-HSC funkce ve věku myší, o čemž svědčí přihojení potenciál a obnova mladistvé poměry z B lymfoidní do myeloidní buňky. Stejně jako u HSC byla ve srovnání s mladými kontrolami zvýšena frekvence i celkový počet osteoblastických Nika buněk izolovatelných od starších myší. V pokusech in vitro interakce mezi mladé buňky kostní dřeně se ve věku osteoblastické niky buňky také ukazuje rozšíření HSCs, navrhl, že HSC omlazující účinky heterochronic parabiosa dojít nepřímo – tím, že se vrátí změny související s věkem v osteoblastické niky buněk. Opravdu, osteoblastů frekvence a množství, byly obnoveny mladistvý úrovně, když se ve věku zvířat zažil v heterochonic parabiosa mladý systémové prostředí. Navíc, specializované buňky izolované z věku-heterochronic parabiosa ukázala výrazně sníženou schopnost způsobit HSPC akumulace, na rozdíl od specializovaných buněk, z věku-isochronic parabiosa. Zajímavé je, osteoblastické niky buňky izolované z mladých heterochronic parabionts indukované mírné rozšíření mladých HSPCs ve srovnání s těmi, od mladých-isochronic parabionts. Tyto in vitro studie naznačují vzájemný vliv věku, krevního oběhu prostředí, na specializované činnosti v mladé heterochronic partnery, a naznačují, že systémové signály obnovit ve věku výklenky. Byly provedeny další experimenty zaměřené na hodnocení schopnosti mladých Hspc rekonstituovat hematopoézu. Výsledky ukázaly, že, podobně jako na postižené přihojení funkce přirozeně ve věku HSCs , mladý HSPCs vystaveny in vitro k věku-isochronic niched buňky vykazovaly sníženou kapacitu pro krvetvorbu rozpuštění. To naznačuje, že interakce se starými osteoblastickými Nika buňkami je dostatečná k vyvolání defektů ve funkci HSC. Ve věku heterochronních Nika buněk však nezměnila rekonstituční aktivitu mladých HSC. Společně tato data prokázala, že věkem indukované funkční změny v HSC-regulačních Nika buňkách lze zvrátit mladými cirkulujícími faktory. Celkově tyto výsledky dále naznačují, že omlazující účinky mladého oběhu na HSC jsou sdělovány nepřímo – pomocí signalizace z omlazená osteoblastické niky buněk.

abychom pochopili, které faktory se podílí na regulaci specializované funkce buněk, autoři se snažili zjistit, zda inzulín-jako růstový faktor-1 (IGF-1) by mohl hrát roli. Ukázalo se, že IGF-1 je evolučně konzervovaným regulátorem stárnutí a dlouhověkosti . In vitro a in vivo experimenty prokázaly, že lokální, systémová, IGF-1 se zdá vyvolat stárnutí HSC-regulační specializovaných buněk, a to neutralizace IGF-1 signalizace v mikroprostředí kostní dřeně se vrátí změny související s věkem v osteoblastické niky buňky, které zhoršují jejich vhodná regulace HSCs.

Celkově tato zjištění naznačují, že zatímco pod mladistvý podmínky osteoblastické niky buňky podporovat homeostatický kmenových buněk údržbu, jsou změněny stárnutí tak, že místo toho umožňují zvýšenou akumulaci dysfunkční HSCs. Tyto věkově specifické změny ve výklenku buňky se zdají být signalizováno na uncharacterized cirkulující faktory, které působí v části, tím, že změní IGF-1 signalizace ve výklenku mobilní sebe (Obr. 3). Je pravděpodobné, že IGF-1 má významnou roli pro všechny ve věku tkáně, protože zatímco jeho roli v osteoblastické niky je věk podporu, na rozdíl od kosterních svalů místní expresi IGF-1 udržuje regenerační schopnosti u starých zvířat.

v říjnu 2010 tři ze čtyř autorů, včetně Amy J. Sázky, zatáhl tento dokument, zejména pro roli osteoblastických Nika buněk v omlazení HSCs ve věku myší . Bylo zjištěno, že první autor manipulovat obrázky na kosti, uzlíky vytvořené v osteoblastické niky buňky od mladých a starých myší (Zatažení Dívat, http://retractionwatch.com/2012/08/29/ori-finds-harvard-stem-cell-lab-post-doc-mayack-manipulated-images/). Proto by mělo být získáno další potvrzení o jeho problému, a to i s ohledem na to, že model parabiózy byl využit pro studium omlazení jiných starých orgánů. Ve skutečnosti se následně objevily dva dokumenty, které ukazují, že vystavení mladé myši starému systémovému prostředí může inhibovat myogenezi a neurogenezi .

V roce 2013, tým vedený Amy J. Sázky, publikoval další práce, které jsou demonstrovány pomocí parabiosa model, že s věkem související srdeční hypertrofie může být obrácen expozice mladých oběhové prostředí s pouze 4 týdny parabiosa . Měření krevního tlaku a cirkulujících hladin angiotenzinu II a aldosteronu v různých skupinách, jasně prokázala, že obrácení srdeční hypertrofie ve starých myší vystavených mladý oběhu nelze vysvětlit pouhým snížením krevního tlaku nebo v odlišení známých efektory krevního tlaku u starších myší. Zajímavé je, heterochronic parabiosa nevyvolalo žádné změny v hmotnosti srdce-k-holenní kost poměr, cardiomyocyte velikost, nebo krevní tlak u mladých myší se připojil k věku partnerů. Tato data zapletený o antihypertrophic faktor, produkován mladých myší (spíše než ředění prohypertrophy faktor, produkován staré myši) v srdeční remodelace indukovaná heterochronic parabiosa. V „sham parabiosa“, přičemž myši jsou chirurgicky vstoupil, zatímco zanechává pokožku neporušené, jako že nemají rozvíjet společnou oběhu, žádný významný rozdíl v hmotnosti srdce-k-holenní kost délka poměr ve věku myší bylo zjištěno, dále naznačuje, že cross-oběh a výměnu krve-nesené faktory jsou nutné pro zvrat související s věkem srdeční hypertrofii. Za účelem identifikace těchto faktorů, široké proteomika analýza pomocí aptamer-založené technologie odhalila, 13 analytů, které spolehlivě odlišit mladých myší od starých myší. Jeden z těchto kandidátů, růstový diferenciační faktor 11 (GDF11), člen nadčeledi activin/TGF-β, byl potvrzen v dalších analýzách. GDF11 byla snížena v plazmě staré isochronic v porovnání s mladými isochronic myší a byl obnoven mladistvý úrovně ve starých myší po exposureto mladý oběhu. Denní 30denní léčba starých myší GDF11 vedla k významnému snížení poměru hmotnosti srdce k délce tibie ve srovnání s kontrolní skupinou injikovanou fyziologickým roztokem. Tato data naznačují, že alespoň jedna patologická složka diastolického srdečního selhání souvisejícího s věkem je hormonální povahy. Je však nepravděpodobné, že by pozorovaná regrese srdeční hypertrofie u starých myší vystavených mladému oběhu byla zcela přičitatelná doplnění jediného faktoru a měly by být rozpoznány další faktory.

Dvě následné studie Sázky a kolegové zjistili, že GDF11 podpořil růst nových krevních cév a neuronů v mozku a pobídl kmenových buněk k regeneraci kosterního svalu v místech zranění . V jednom z těchto dokumentů , myš heterochronic parabiosa model odhalil, zvýšení mozkové cévy objem a průtok krve v reakci na mladé systémové faktory, spolu s vyšší sebeobnovy a diferenciace v subventrikulární zóně mozku nervové kmenové buňky, populace, přináší zlepšení čichové diskriminace (Obr. 2). Dále zjistili, že GDF11 může zvýšit objem krevních cév i neurogenezi u starých myší. Zajímavé je, že krev z 15-měsíc-staré myši nesnížila nervových kmenových buněk populace v mladém mozku, vzhledem k tomu, že starší krve (21 měsíců), vyvolal negativní vliv, což naznačuje, že starší zvířata vyšší akumulaci škodlivé systémové faktory a/nebo nižší ochranný mladý faktory. Na druhé straně, v novinách, jehož autorem Rando a Tony Wyss-Corey jako senior vědci, chemokinový CCL11/eotaxin byl identifikován jako související s věkem, krevní faktor spojený se snížením neurogenezi a poruchou učení a paměť u myší . Co je třeba určit, je-li CCL11 interaguje přímo s neurálních progenitorových buněk během stárnutí ovlivňuje jejich diferenciace kapacity, nebo to má nepřímé akce prostřednictvím interakce s jinými neurogenní nika typy buněk.

V další papír Sázky a kolegy , bylo prokázáno, že satelitní buňky řazena od věku-heterochronic myši se zlepšila myogenní diferenciaci kapacity, jakož i nižší poškození DNA, když ve srovnání s satelitní buňky z věku-isochronic kontroly. Jako pro přechod z související s věkem srdeční hypertrofie , léčba starších myší s denní intraperitoneální injekce rekombinantní GDF11 dobu 4 týdnů zvýšení počtu satelitních buněk s neporušenou DNA, ve srovnání s buňkami z myší ve věku užívajících vozidlo sám. Navíc, v modelu poškození svalů, léčba GDF11 ve věku myší 28 dní před zraněním a pokračovala po dobu 7 dnů poté obnovila mladší profily kalibru myofiber v regeneračním svalu. Starší myši léčené GDF11 také vykazovaly zvýšenou průměrnou vytrvalost při cvičení a sílu přilnavosti.

V této poslední papír, také zjistili, že in vitro expozice ve věku satelitní buňky GDF11, ale ne myostatinu (další člen TGF-β nadčeleď) nebo TGF-β1, vyrobené dávky-citlivý zvyšuje v satelitní proliferace a diferenciace buněk, což naznačuje, že GDF11, na rozdíl od myostatinu, může působit přímo na satelitní buňky měnit jejich funkce.