2. A parabiosis története

azt az állítást, hogy a vér megfiatalíthatja szerveinket, a Stanford Egyetem Orvostudományi Karának egyik kutatócsoportja újjáélesztette 2005-ben és 2010-ben . Ezek a tanulmányok olyan megfigyelésekből fakadtak, amelyek azt mutatják, hogy a szövetek regenerációs képessége az életkor előrehaladtával csökken. Az olyan szövetekben, mint az izom, a vér, a máj és az agy, ez a csökkenés a szövetspecifikus őssejtek és progenitor sejtek csökkent reakciókészségének tulajdonítható . Az idős izom azonban sikeresen regenerálódik, ha egy fiatal gazdaszervezetben izomba oltják, de a fiatal izom károsodott regenerációt mutat, ha egy idős gazdaszervezetbe oltják . Akár helyi, akár szisztémás tényezők lehetnek felelősek ezekért a kölcsönös hatásokért. Annak tesztelésére, hogy a szisztémás tényezők támogatják – e a fiatal állatok szöveteinek regenerálódását és/vagy gátolják – e az idős állatok regenerálódását, Conboy és munkatársai 2005-ben egy kísérleti beállításról számoltak be, amelyben-a transzplantációval ellentétben-az idős állatok regeneráló szövetei csak a fiatal állatok keringő tényezőinek vannak kitéve, és fordítva . Így parabiotikus párosítást hoztak létre fiatal és idős egerek között (heterokronikus parabiózisok), két fiatal egér vagy két öreg egér (izokronikus parabiózisok) közötti parabiotikus párosítással, amelyek kontrollként szolgálnak (ábra. 1). A parabiózisban két egeret sebészeti úton összekapcsolnak, így közös vérkeringésük alakul ki a sejtek és oldható faktorok gyors és folyamatos cseréjével fiziológiai szinten a közös keringési rendszerükön keresztül . A parabiózist 1864-ben Paul Bert fiziológus találta ki annak érdekében, hogy megnézze, létrejött-e közös keringési rendszer. Clive McCay, a New York-i Ithaca-i Cornell Egyetem biokémikusa és gerontológusa volt az első, aki alkalmazta a parabiózist az öregedés tanulmányozására, de ez a technika az 1970-es évek után kiesett, valószínűleg azért, mert sok patkány meghalt egy titokzatos betegségben, amelyet parabiotikus betegségnek neveznek, ami körülbelül egy-két héttel a partnerek csatlakozása után következik be, és lehet, hogy a szöveti kilökődés egyik formája. Csak a XXI. század elején Irving Weissman és Thomas A. Rando a Stanford Egyetemen életre keltették a parabiózist, hogy tanulmányozzák a vér őssejtjeinek mozgását és sorsát.

Parabiózis. Két egeret összevarrnak, közös vérárammal. A heterokronikus parabiózis az, amikor egy fiatal egeret műtéti úton kötnek össze az idős partnerekkel, míg az izokronikus parabiózist fiatal-fiatal vagy öreg-öreg állatok párjaira utalják. Módosítva ref. a Nature Publishing Group engedélyével.

a Stanford csoport az izomregenerációt és a májsejtek proliferációját vizsgálta parabiosis környezetben. Izomsérülés után az izomregenerációt az embrionális miozin nehéz láncot expresszáló myotubák kialakulásával tanulmányozták, amely a regeneráló myotubák specifikus markere felnőtt állatokban. Öt nappal a sérülés után a fiatal állatok izmai mind izokrónikus, mind heterokrónikus parabiózisban erőteljesen regenerálódtak. Ezzel szemben a régi izokronikus parabiontokból származó sérült izom rosszul regenerálódott. Nevezetesen, a fiatal egerekkel végzett parabiózis jelentősen fokozta az izom regenerálódását a régi partnerekben. Az elöregedett izom regenerálódása szinte kizárólag a rezidens, elöregedett progenitor sejtek aktiválódásának volt köszönhető, nem pedig a fiatal partnerek keringő progenitor sejtjeinek beültetésének(a GFP-re transzgenikus fiatal partnerekből származó zöld fluoreszcens fehérje expresszáló sejtek kevesebb mint 0,1% – ának jelenléte alapján). Mivel az izom regenerálódásának elvesztése az életkorral részben az életkorral összefüggő károsodásnak köszönhető a Notch ligandum Delta up szabályozása izomsérülés után, Delta expressziót is tanulmányoztak. Nevezetesen, a heterokronikus parabiontok idős partnereinek műholdas sejtjei a Delta markáns szabályozását mutatták, összehasonlítva a fiatal partnereiknél és a parabiotikus párosításoknak nem kitett fiatal egereknél (ábra. 2).

öreg egerekben az izmok, a máj és az agy öregedése és heterokronikus parabiózissal történő fiatalítás. A vázizom regenerálódása sérülés esetén kapcsolódik a bevágás ligandum Delta felfelé történő szabályozásához, amely az életkorral elveszik (felső panelek). A fiatal állatokban a hepatocyta proliferáció korrelál a cebp-ons-Brahma (cebp-SC) komplex csökkenésével az idős egerekhez képest (középső panelek). Míg a fiatal állatok fokozhatják neurogenezisüket és angiogenezisüket az agy szubventrikuláris zónájában, ahol idegi őssejtek vannak jelen, az idős állatok nem (alsó panelek). Elvileg a heterochonic parabiosis visszaállítja az öregedés minden fenotípusos és molekuláris jellemzőjét az oldható faktorok és sejtek átvitelével.

májvizsgálatok esetén, valamint az izomhoz hasonlóan, míg az albumin-pozitív sejtek proliferációja a régi izochonikus parabiontokban kisebb volt, mint a fiatal izokronikus parabiontokban, a fiatal partner parabiózisa jelentősen növelte a hepatocita proliferációt idős egerekben. Mint az izomban is, az idős egerekben a hepatocita proliferáció fokozódása a rezidens sejteknek volt köszönhető, nem pedig a fiatal partnerek keringő sejtjeinek beültetésének. A hepatocyta progenitor sejtproliferáció csökkenése egy olyan komplex kialakulásának köszönhető, amely magában foglalja a cebp-xhamstertés a kromatin remodeling faktor brahma (Brm), amely gátolja az E2F-vezérelt génexpressziót . A hepatocyták regenerációjára gyakorolt hatással párhuzamosan a cebp-6-BRM komplex kialakulását a régi heterokronikus parabiontokból származó májban detektálták, de a fiatal izokrónikusokból nem, a komplex pedig csökkent a régi heterokrónikus parabiontokban (ábra. 2). Végül az izomban és a májban megfigyelték a progenitor sejtek proliferációjának csökkenését fiatal egerekben a parabiotikus párosítás után az öreg egerekkel, ami arra utal, hogy az öreg egerek gátló tényezőkkel gazdagodnak, amelyek a parabiózis után hígulnak. Összességében ezek az adatok azt mutatták, hogy vannak olyan szisztémás tényezők, amelyek modulálhatják a szövetspecifikus progenitor sejtek aktiválásához vagy gátlásához kritikus molekuláris jelátviteli utakat, és hogy egy fiatal állat szisztémás környezete elősegíti a sikeres regenerációt, míg egy idősebb állaté vagy nem segíti elő, vagy aktívan gátolja a sikeres szövetregenerációt. Végül ez a munka azt is kimutatta, hogy a szövetspecifikus ős / progenitor sejtek megtartják belső proliferációs potenciáljuk nagy részét még öregkorban is, de az életkorral összefüggő változások a szisztémás környezetben és/vagy a résszel, amelyben a progenitor sejtek tartózkodnak, kizárják ezeknek a sejteknek a teljes aktiválódását a produktív szövetregeneráció érdekében.

a 2010-es tanulmányban Wagers és munkatársai az in vivo parabiotikus egérrendszer segítségével, valamint a HSC gyakoriságának és a hosszú távú HSC-k (LT-HSC-k) számának tanulmányozásával próbálták kitalálni, hogy mi a szerepe a helyi mikro-környezeti niche-rel kapcsolatos és szisztémás tényezőknek a hematopoietikus ős-és progenitor sejtek (HSPCs) öregedésében. Kongén markereket használtak a HSC-k megkülönböztetésére az idősektől a fiatal partnerektől. Az öregedést a csontvelő szintjén a Hspc-k jelentős kiterjedése kíséri, paradox módon a vér helyreállító képességének csökkenésével és a transzplantáció utáni torzult differenciálódási potenciállal párosulva . Az idős heterokronikus parabiontok az LT-HSC-k szignifikáns csökkenését mutatták, ami megközelítette a normális ‘fiatalos’ szintet. Ez a hatás különösen az idős HSC populációban bekövetkezett változásokból ered, nem pedig a fiatal sejtek idős partnerek csontvelőjébe történő kereskedelméből. Ezenkívül a heterokronikus parabiosis az LT-HSC funkció helyreállítását is indukálta idős egerekben, amit a beültetés potenciálja és a B limfoid és a myeloid sejtek fiatalos arányának helyreállítása bizonyít. A HSC-khez hasonlóan mind az idős egerekből izolálható osteoblasztikus niche sejtek gyakorisága, mind teljes száma nőtt a fiatal kontrollokhoz képest. In vitro kísérletek közötti kölcsönhatás fiatal csontvelő sejtek idős oszteoblasztos niche sejtek is mutatja bővítése HSC, azt javasolta, hogy a HSC fiatalító hatása heterokrón parabiózis fordul elő közvetve – visszafordításával korral járó változásokat osteoblast niche sejtek. Valóban, osteoblast gyakorisága és száma helyreállt fiatalos szinten, amikor idős állatok tapasztalt heterochonic parabiosis fiatal szisztémás környezetben. Sőt, az idős heterokronikus parabiózisból izolált réssejtek szignifikánsan csökkent képességet mutattak a HSPC felhalmozódásának kiváltására, ellentétben az idős izokronikus parabiózisból származó réssejtekkel. Érdekes módon a fiatal heterokronikus parabiontokból izolált osteoblast niche sejtek a fiatal Hspc-k enyhe terjeszkedését indukálták, összehasonlítva a fiatal izokronikus parabiontokkal. Ezek az in vitro vizsgálatok az idős keringési környezet kölcsönös hatását sugallták a fiatal heterokronikus partnerek niche aktivitására, és azt jelzik, hogy a szisztémás jelek helyreállítják az idős fülkéket. További kísérleteket végeztek, amelyek célja a fiatal Hspc-k hematopoiesis rekonstruálására való képességének értékelése. Az eredmények azt mutatták , hogy a természetesen idős HSC-k károsodott beültetési funkciójához hasonlóan a fiatal hspc-k In vitro ki vannak téve az idős izokronikus niched sejteknek, csökkent kapacitást mutattak a hematopoietikus feloldáshoz. Ez azt jelzi, hogy az idős oszteoblasztikus réssejtekkel való kölcsönhatás elegendő a HSC funkció hibáinak kiváltásához. Az idős heterokronikus niche sejtek azonban nem változtatták meg a fiatal HSC-k rekonstruáló aktivitását. Együtt, ezek az adatok azt mutatták, hogy az életkor által kiváltott, a HSC-szabályozó réssejtek funkcionális változásai fiatal keringő tényezők által megfordíthatók. Összességében ezek az eredmények azt sugallják továbbá, hogy a fiatal keringés fiatalító hatása a HSC – re közvetetten-a megfiatalodott osteoblasztikus réssejtek jelzésén keresztül.

annak megértése érdekében, hogy melyik faktor vesz részt a niche sejtfunkció szabályozásában, a szerzők arra törekedtek, hogy megvizsgálják, hogy az inzulinszerű növekedési faktor-1 (IGF-1) szerepet játszhat-e. Az IGF-1 evolúciósan konzervált öregedési és élettartam-szabályozó . In vitro és in vivo kísérletek azt mutatták, hogy a helyi, nem szisztémás IGF-1 Úgy tűnik, hogy indukálja a HSC-szabályozó niche sejtek öregedését, és hogy az IGF-1 jelátvitel semlegesítése a csontvelő mikrokörnyezetében visszafordítja az osteoblasztikus niche sejtek életkorral kapcsolatos változásait, amelyek rontják a HSC-k megfelelő szabályozását.

Összességében ezek az eredmények azt sugallták, hogy míg fiatalos körülmények között az oszteoblasztos niche sejtek elősegítik a homeosztatikus őssejtek fenntartását, az öregedés megváltoztatja őket úgy, hogy ehelyett lehetővé teszik a diszfunkcionális HSC-k fokozott felhalmozódását. Ezek a kor-specifikus változások niche sejtek úgy tűnik, hogy jelzi egy nem jellemző keringő tényezők hatnak részben megváltoztatásával IGF – 1 jelzés a niche sejt magukat (ábra. 3). Valószínű, hogy az IGF-1-nek nincs jelentős szerepe az összes idős szövetben, mivel míg az oszteoblasztos fülkében betöltött szerepe az életkor elősegítése, ellentétben a vázizomban az IGF-1 helyi expressziója fenntartja az idős állatok regenerációs képességét.

2010 októberében a négy szerző közül három, köztük Amy J. Tétek, visszahúzta ezt a papírt, különösen az oszteoblasztikus réssejtek szerepére az idős egerek HSC-jének megfiatalításában . Azt találták, hogy az első szerző manipulálta a képeket a fiatal és idős egerek osteoblastos niche sejtjeiben képződött csontcsomókról (Retraction Watch, http://retractionwatch.com/2012/08/29/ori-finds-harvard-stem-cell-lab-post-doc-mayack-manipulated-images/). Így további megerősítést kell szerezni a kérdéséről, figyelembe véve azt is, hogy a parabiózis modellt más régi szervek fiatalításának tanulmányozására használták fel. Valójában két tanulmány jelent meg később, amelyek azt mutatják, hogy egy fiatal egérnek egy régi szisztémás környezetnek való kitettsége gátolhatja a myogenezist és a neurogenezist .

2013-ban az Amy J. Wagers által vezetett csapat újabb munkát tett közzé, amellyel a parabiosis modell segítségével bizonyították, hogy az életkorral összefüggő szív hipertrófia megfordítható egy fiatal keringési környezetnek való kitettséggel, mindössze 4 hetes parabiózissal . A vérnyomás és az angiotenzin II és az aldoszteron keringő szintjének mérése a különböző csoportokban egyértelműen kimutatta, hogy a fiatal keringésnek kitett öreg egerekben a szív hipertrófia megfordulása nem magyarázható a vérnyomás egyszerű csökkenésével vagy az idősebb egerekben a vérnyomás ismert effektorainak modulációjával. Érdekes módon a heterokronikus parabiosis nem váltott ki változást a szív súly-sípcsont arányában, a kardiomiocita méretében vagy a vérnyomásában az idős partnerekhez csatlakozott fiatal egerekben. Ezek az adatok a fiatal egerek által termelt antihipertrófiás faktort (nem pedig az öreg egerek által termelt prohipertrófiás faktor hígítását) vonták be a heterokronikus parabiózis által kiváltott szívátalakulásba. A “színlelt parabiózisban”, amelynek során az egereket műtéti úton összekapcsolják, miközben a bőrt érintetlenül hagyják, úgy, hogy nem alakul ki közös keringés, az idős egerekben nem találtak szignifikáns különbséget a szív súly-sípcsont hossz arányában, ami azt is jelzi, hogy kereszt-keringés és a vér által terjesztett tényezők cseréje szükséges az életkorral összefüggő szív hipertrófia megfordításához. E tényezők azonosítása érdekében az aptamer-alapú technológiával végzett széles körű proteomikai elemzés 13 analitot tárt fel, amelyek megbízhatóan megkülönböztették a fiatal egereket a régi egerektől. Az egyik ilyen jelölt, a növekedési differenciálódási faktor 11 (GDF11), az activin/TGF-6-os szupercsalád tagja, további elemzésekben megerősítést nyert. A GDF11 csökkent a régi izokrónikus egerek plazmájában a fiatal izokrónikus egerekhez képest, és az idős egerekben a fiatal keringésnek való kitettség után visszaállt a fiatalos szintre. A régi egerek napi 30 napos GDF11-es kezelése a szív súly-sípcsont hossz arányának jelentős csökkenéséhez vezetett a sóoldattal injektált kontrollcsoporthoz képest. Ezek az adatok arra utaltak, hogy az életkorral összefüggő diasztolés szívelégtelenség legalább egy patológiás összetevője hormonális jellegű. A fiatal keringésnek kitett idős egerekben a szív hipertrófiájának megfigyelt regressziója azonban valószínűleg nem tulajdonítható teljes mértékben egyetlen tényező feltöltésének, ezért más tényezőket is fel kell ismerni.

két további tanulmány Wagers és munkatársai azt találták, hogy a GDF11 fellendítette az új erek és neuronok növekedését az agyban, és ösztönözte az őssejteket a vázizmok regenerálására a sérülések helyén . Az egyik ilyen papírok , az egér heterochronic parabiosis modell növekedést mutatott az agyi erek térfogata és a véráramlás válaszul fiatal szisztémás tényezők, valamint a magasabb önmegújulás és differenciálódás subventricularis zóna idegi őssejt populáció, így javulást szaglás diszkrimináció (ábra. 2). Továbbá azt találták, hogy a GDF11 növelheti az erek térfogatát, valamint a neurogenezist régi egerekben. Érdekes módon a 15 hónapos egerek vére nem csökkentette a fiatal agy idegi őssejtpopulációit, míg az idősebb vér (21 hónap) káros hatást váltott ki, ami arra utal, hogy az idősebb állatok magasabbak a káros szisztémás tényezők felhalmozódásában és/vagy alacsonyabb védő fiatal tényezők. Másrészt a rando és Tony Wyss-Corey vezető tudósok által írt tanulmányban a ccl11/eotaxin kemokint egy életkorral összefüggő vérfaktorként azonosították, amely csökkent neurogenezissel és csökkent tanulási és memóriával jár egerekben . Meg kell határozni, hogy a CCL11 az öregedés során közvetlenül kölcsönhatásba lép-e a neurális progenitor sejtekkel, amelyek befolyásolják differenciálódási képességüket, vagy közvetett hatásai vannak más neurogén réssejt-típusokkal való kölcsönhatások révén.

a Wagers és munkatársai által készített másik tanulmányban kimutatták , hogy az idős heterokronikus egerekből válogatott műholdas sejtek javították a myogén differenciálódási kapacitást, valamint alacsonyabb DNS-károsodást mutattak az idős izokronikus kontrollok műholdas sejtjeivel összehasonlítva. Ami az életkorral összefüggő cardialis hypertrophia reverzióját illeti, az idős egerek rekombináns GDF11 napi intraperitoneális injekcióival történő kezelése 4 héten keresztül növelte az intakt DNS-sel rendelkező műholdas sejtek számát, összehasonlítva a vivőanyagot önmagában kapó idős egerek sejtjeivel. Sőt, az izomsérülés modelljében az idős egerek GDF11 kezelése 28 nappal a sérülés előtt, majd 7 napig folytatódott, majd helyreállította a myofiber kaliberű fiatalosabb profilokat az izom regenerálásában. A GDF11-gyel kezelt idős egerek szintén megnövelt átlagos állóképességet és tapadási erőt mutattak.

ebben az utolsó tanulmányban azt is megállapították, hogy az idős műholdas sejtek in vitro expozíciója a GDF11-nek, de nem a miosztatinnak (a TGF-6 szupercsalád másik tagja) vagy a TGF-6-nak, a dózisra reagáló növekedést eredményezett a műholdas sejtek proliferációjában és differenciálódásában, ami arra utal, hogy a GDF11, szemben a miosztatinnal, közvetlenül hathat a műholdas sejtekre, hogy megváltoztassák funkciójukat.