2. A tale of parabiosis

påstanden om at blod kan forynge våre organer har blitt revitalisert av En forskningsgruppe Ved Stanford University School Of Medicine i 2005 og 2010 . Disse studiene stammer fra observasjoner som viser at vev regenerativ kapasitet avtar med alderen. I vev som muskel, blod, lever og hjerne har denne nedgangen blitt tilskrevet en redusert respons av vevsspesifikke stamme-og stamceller . Imidlertid regenererer alderen muskel vellykket når podet inn i muskel i en ung vert, men ung muskel viser nedsatt regenerering når podet inn i en gammel vert . Enten lokale eller systemiske faktorer kan være ansvarlige for disse gjensidige effektene. For å teste om systemiske faktorer kan støtte regenerering av vev hos unge dyr og / eller hemme regenerering hos gamle dyr, rapporterte papiret Av Conboy og kolleger fra 2005 et eksperimentelt oppsett der – i motsetning til transplantasjon-regenererende vev hos eldre dyr bare utsettes for sirkulerende faktorer hos unge dyr, og omvendt . Dermed etablerte de parabiotiske sammenkoblinger mellom unge og gamle mus( heterokroniske parabioser), med parabiotiske sammenkoblinger mellom to unge mus eller to gamle mus (isokroniske parabioser) som fungerer som kontroller (Fig. 1). I parabiose blir to mus kirurgisk forbundet, slik at de utvikler en felles blodsirkulasjon med rask og kontinuerlig utveksling av celler og oppløselige faktorer på fysiologiske nivåer gjennom deres felles sirkulasjonssystem . Parabiosis ble oppfunnet i 1864 Av fysiologen Paul Bert for å se om et felles sirkulasjonssystem ble opprettet. Clive McCay, biokjemiker og gerontolog ved Cornell University I Ithaca, New York, var den første som brukte parabiose til studiet av aldring, men denne teknikken falt ut av favør etter 1970-tallet, sannsynligvis fordi mange rotter døde av en mystisk tilstand som kalles parabiotisk sykdom, som oppstår omtrent en til to uker etter at partnere er sluttet, og kan være en form for vevsavvisning. Bare i begynnelsen AV XXI-tallet brakte Irving Weissman Og Thomas A. Rando ved Stanford University parabiosis tilbake til livet for å studere bevegelsen og skjebnen til blodstamceller.

Stanford-gruppen undersøkte muskelregenerering og levercelleproliferasjon i parabiose-innstillingen. Etter muskelskade ble muskelregenerering studert ved dannelse av myotubes som uttrykker embryonisk myosin tungkjede, en spesifikk markør for regenerering av myotubes hos voksne dyr. Fem dager etter skade hadde muskler hos unge dyr i både isokroniske og heterokroniske parabioser regenerert robust. I motsetning til dette regenererte skadet muskel fra gamle isokroniske parabionter dårlig. Spesielt forbedret parabiosis med unge mus signifikant regenerering av muskel i gamle partnere. Regenerering av alderen muskel var nesten utelukkende på grunn av aktivering av bosatt, alderen stamceller, og ikke til engraftment av sirkulerende stamceller fra unge partnere (som dømt ved tilstedeværelse av mindre enn 0,1% av grønne fluorescerende protein uttrykker celler avledet fra unge partnere transgen FOR GFP). Siden tap av muskelregenerering med alder delvis skyldes en aldersrelatert svekkelse i oppreguleringen av Notch ligand Delta etter muskelskade, Ble Delta-uttrykk også studert. Spesielt viste satellittceller fra de eldre partnerne av heterokroniske parabionter en markert regulering Av Delta, sammenlignbar med det som finnes i deres unge partnere og hos unge mus som ikke er utsatt for parabiotiske sammenkoblinger (Fig. 2).

Aldring av muskler, lever og hjerne i gamle mus og foryngelse av heterokronisk parabiose. Regenerering av skjelettmuskulatur ved skade er knyttet til oppreguleringen Av Hakkliganddeltaet, som går tapt med alderen (øvre paneler). Hepatocyttproliferasjon hos unge dyr korrelerer med reduksjonen av cEBP-α-brahma (cEBP-α-Brm) kompleks sammenlignet med eldre mus (midtre paneler). Mens unge dyr kan øke deres neurogenese og angiogenese i hjernens subventricular sone, hvor nevrale stamceller er tilstede, kan eldre dyr ikke (lavere paneler). I prinsippet reverserer heterokonisk parabiose alle fenotypiske og molekylære kjennetegn ved aldring ved å overføre oppløselige faktorer og celler.

i leverstudier, og som i muskler, mens spredning av albumin-positive celler i gamle isokoniske parabionter var mindre enn det som ble observert hos unge isokroniske parabionter, økte parabiose til en ung partner signifikant hepatocyttproliferasjon hos eldre mus. Som også i muskel, var forbedringen av hepatocyttproliferasjon hos eldre mus på grunn av bosatt celler og ikke engraftment av sirkulerende celler fra unge partnere. Nedgangen i hepatocyttprogenitorcelleproliferasjon skyldes dannelsen av et kompleks som involverer cEBP-α og kromatinremodelleringsfaktoren brahma (Brm) som hemmer e2f-drevet genuttrykk . Parallelt med effekten på hepatocyttregenerering ble dannelsen av cEBP-α-Brm-kompleks påvist hos lever fra gamle heterokroniske parabionter, men ikke fra unge isokroniske, og komplekset ble redusert i gamle heterokronparabionter (Fig. 2). Til slutt, i muskel og lever, la de merke til en reduksjon av progenitorcelleproliferasjon hos unge mus etter parabiotisk parring med gamle mus, noe som tyder på at gamle mus er beriket med hemmende faktorer som fortynnes ved parabiose. Samlet sett indikerte disse dataene at det er systemiske faktorer som kan modulere de molekylære signalveiene som er kritiske for aktivering eller inhibering av vevsspesifikke stamceller, og at det systemiske miljøet til et ungt dyr er en som fremmer vellykket regenerering, mens det for et eldre dyr enten ikke fremmer eller aktivt hemmer vellykket vevregenerering. Til slutt viste dette arbeidet også at vevsspesifikke stamceller/stamceller beholder mye av deres iboende proliferative potensial selv når de er gamle, men at aldersrelaterte endringer i det systemiske miljøet og/eller nisje der stamceller bor, utelukker full aktivering av disse cellene for produktiv vevregenerering.I papiret fra 2010 forsøkte Innsatser og kolleger å finne ut hva som er rollen som lokale mikromiljønisjerelaterte og systemiske faktorer i aldring av hematopoietiske stamme-og stamceller (HSPCS), ved hjelp av det in vivo parabiotiske musesystemet og studere hsc-frekvens og antall langsiktige HSCS (LT-HSCS). Congenic markører ble brukt til å skille HSCs fra alderen versus unge partnere. Aldring er ledsaget på nivå med benmargen av en betydelig utvidelse Av HSPCs koblet paradoksalt med en redusert kapasitet for blod rekonstituering og skjev differensiering potensial etter transplantasjon . Aged-heterochronic parabionts viste signifikant reduksjon AV LT-HSCs, som nærmet seg normale ungdommelige nivåer. Spesielt oppsto denne effekten fra endringer i den eldre HSC-populasjonen selv og ikke til handel med ‘unge’ celler til de eldre partnerens marg. Videre induserte heterokronisk parabiose også utvinning AV LT-HSC-funksjon hos eldre mus, noe som fremgår av engraftment potensial og restaurering av ungdommelige forhold Mellom b lymfoid og myeloide celler. Som Med HSCs, ble både frekvens og totalt antall osteoblastiske nisjeceller isolerbare fra eldre mus økt sammenlignet med unge kontroller. In vitro eksperimenter av interaksjon mellom unge benmargsceller med alderen osteoblastiske nisjeceller som også viser utvidelse Av HSCs, foreslo AT HSC-foryngende effekter av heterokronisk parabiose forekommer indirekte-ved å reversere aldersrelaterte endringer i osteoblastiske nisjeceller. Faktisk ble osteoblast frekvens og antall restaurert til ungdommelige nivåer når eldre dyr opplevde i heterochonic parabiosis et ungt systemisk miljø. Videre viste nisjeceller isolert fra alderen-heterokronisk parabiose en signifikant redusert kapasitet til å forårsake hspc-akkumulering, i motsetning til nisjeceller fra alderen-isokronisk parabiose. Interessant, osteoblast nisje celler isolert fra unge heterochronic parabionts indusert en liten utvidelse av unge hspcs i forhold til de fra unge-isochronic parabionts. Disse in vitro-studiene foreslo en gjensidig effekt av det gamle sirkulasjonsmiljøet på nisjeaktivitet hos unge heterokroniske partnere og indikerer at systemiske signaler gjenoppretter gamle nisjer. Ytterligere eksperimenter har blitt gjort, med sikte på å evaluere evnen til unge HSPCs til å rekonstituere hematopoiesis. Resultatene viste at, i likhet med nedsatt engraftment funksjon av naturlig alderen HSCs , unge HSPCs eksponert in vitro til alderen-isochronic niched celler viste en redusert kapasitet for hematopoetisk rekonstituering. Dette indikerer at interaksjon med alderen osteoblastiske nisjeceller er tilstrekkelig til å indusere defekter I HSC-funksjonen. Eldre heterokroniske nisjeceller endret imidlertid ikke rekonstitueringsaktiviteten til unge Hsc-er. Sammen viste disse dataene at aldersinduserte, funksjonelle endringer i HSC-regulatoriske nisjeceller kan reverseres av unge sirkulerende faktorer. Samlet sett tyder disse funnene videre på at de foryngende effektene av en ung sirkulasjon på HSC kommuniseres indirekte-ved signalering fra forynget osteoblastiske nisjeceller.for å forstå hvilken faktor som er involvert i reguleringen av nisjecellefunksjon, søkte forfatterne å undersøke om insulinlignende vekstfaktor-1 (IGF-1) kunne spille en rolle. IGF-1 har vist seg å være en evolusjonært bevart aldring og levetid regulator . In vitro-og in vivo-eksperimenter viste at lokale, ikke systemiske, IGF-1 ser ut til å indusere aldring AV HSC-regulatoriske nisjeceller, og at nøytralisering av IGF-1-signalering i benmargens mikromiljø reverserer aldersrelaterte endringer i osteoblastiske nisjeceller som svekker deres passende regulering av HSCs.Samlet antydet disse funnene at mens osteoblastiske nisjeceller under ungdommelige forhold fremmer homeostatisk stamcellevedlikehold, endres de ved aldring slik at de i stedet tillater økt akkumulering av dysfunksjonelle HSCs. Disse aldersspesifikke endringene i nisjeceller ser ut til å bli signalisert av en ukarakterisert sirkulerende faktorer som delvis virker ved å endre IGF-1-signalering i nisjecellen selv (Fig. 3). DET er sannsynlig AT IGF-1 ikke har en viktig rolle for alle de gamle vev, siden mens dens rolle i osteoblastisk nisje er alder fremme, i motsetning til skjelettmuskel lokale uttrykk FOR IGF-1 opprettholder regenerativ kapasitet i alderen dyr.

i oktober 2010, tre av de fire forfatterne, inkludert Amy J. Innsatser, trukket tilbake dette papiret, spesielt for rollen som osteoblastiske nisjeceller i foryngelsen Av HSCs hos eldre mus . Det ble funnet at den første forfatteren manipulerte bildene for benknuter dannet i osteoblastiske nisjeceller fra unge og eldre mus(Retraction Watch, http://retractionwatch.com/2012/08/29/ori-finds-harvard-stem-cell-lab-post-doc-mayack-manipulated-images/). Dermed bør ytterligere bekreftelse om hans problem oppnås, med tanke på at parabiosemodellen ble utnyttet for å studere foryngelse av andre gamle organer. Faktisk viste to papirer senere at eksponering av ayoung mouse til et gammelt systemisk miljø kan hemme myogenese og neurogenese .I 2013 publiserte Teamet ledet Av Amy J. Innsatser et annet arbeid som de demonstrerte ved hjelp av parabiosemodellen, at aldersrelatert hjertehypertrofi kan reverseres ved eksponering for et ungt sirkulasjonsmiljø med bare 4 uker parabiosis . Måling av blodtrykk og sirkulerende nivåer av angiotensin II OG aldosteron i de ulike gruppene viste tydelig at reversering av hjertehypertrofi hos gamle mus utsatt for en ung sirkulasjon ikke kunne forklares ved en enkel reduksjon i blodtrykk eller i modulering av kjente effektorer av blodtrykk hos eldre mus. Interessant nok induserte heterokronisk parabiose ingen endringer i hjerte vekt-til-tibia-forhold, kardiomyocyttstørrelse eller blodtrykk hos unge mus sammen med eldre partnere. Disse dataene impliserte en antihypertrofisk faktor produsert av unge mus (i stedet for fortynning av en prohypertrofi faktor produsert av gamle mus) i hjerte remodeling indusert av heterokronisk parabiose. I «sham parabiosis», hvor mus er kirurgisk sluttet mens huden blir intakt, slik at de ikke utvikler en felles sirkulasjon, ble det ikke funnet noen signifikant forskjell i hjerte vekt-til-tibia lengdeforhold hos eldre mus, noe som indikerer videre at krysssirkulasjon og utveksling av blodbårne faktorer er nødvendig for reversering av aldersrelatert hjertehypertrofi. For å identifisere disse faktorene viste en bredskala proteomikkanalyse ved hjelp av aptamer-basert teknologi 13 analytter som pålitelig skilt unge mus fra gamle mus. En av disse kandidatene, vekstdifferensieringsfaktoren 11 (GDF11), et medlem av activin/TGF-β superfamilien, ble bekreftet i videre analyser. GDF11 ble redusert i plasma hos gamle isokroniske mus sammenlignet med unge isokroniske mus og ble gjenopprettet til ungdommelige nivåer hos gamle mus etter eksponering for en ung sirkulasjon. En daglig 30-dagers behandling av gamle mus med GDF11 førte til en signifikant reduksjon i forholdet mellom hjertevekt og tibia-lengde sammenlignet med kontrollgruppen med saltinjeksjon. Disse dataene antydet at minst en patologisk komponent av aldersrelatert diastolisk hjertesvikt er hormonell i naturen. Imidlertid er den observerte regresjonen av hjertehypertrofi hos gamle mus utsatt for en ung sirkulasjon usannsynlig å skyldes helt påfylling av en enkelt faktor, og andre faktorer bør gjenkjennes.To påfølgende studier av Innsatser og kolleger fant AT GDF11 økte veksten av nye blodkar og nevroner i hjernen og spurte stamceller til å regenerere skjelettmuskulatur på skadestedene . I et av disse papirene viste musens heterokroniske parabiosemodell en økning i cerebral blodkarvolum og blodstrøm som respons på unge systemiske faktorer, sammen med en høyere selvfornyelse og differensiering i subventricular zone neural stamcellepopulasjon, noe som gir en forbedring i olfaktorisk diskriminering (Fig. 2). VIDERE fant DE AT GDF11 kunne øke blodkarvolumet samt neurogenese hos gamle mus. Interessant nok reduserte blod fra 15 måneder gamle mus ikke nevrale stamcellepopulasjoner i den unge hjernen, mens eldre blod (21 måneder) provoserte en skadelig effekt, noe som tyder på at eldre dyrene høyere akkumulering av skadelige systemiske faktorer og/eller lavere beskyttende unge faktorer. På den annen side, i papiret forfattet Av Rando og Tony Wyss-Corey som seniorforskere, ble chemokine CCL11/eotaxin identifisert som en aldersrelatert blodfaktor assosiert med redusert neurogenese og nedsatt læring og minne hos mus . DET som skal bestemmes er OM CCL11 interagerer direkte med nevrale stamceller under aldring som påvirker deres differensieringskapasitet, eller det har indirekte handlinger ved samspill med andre neurogene nisjecelletyper.i det andre papiret av Innsatser og kolleger ble det vist at satellittceller sortert fra alderen heterokroniske mus hadde forbedret myogen differensieringskapasitet , samt lavere DNA-skade sammenlignet med satellittceller fra alderen-isokroniske kontroller. Når det gjelder reversering av aldersrelatert hjertehypertrofi , økte antallet satellittceller med intakt DNA sammenlignet med celler fra eldre mus som fikk vehicle alene, ved behandling av eldre mus med daglige intraperitoneale injeksjoner AV REKOMBINANT GDF11 i 4 uker. VIDERE, I en modell av muskelskade, GDF11 behandling av alderen mus 28 dager før skade og fortsatte i 7 dager deretter gjenopprettet mer ungdommelige profiler av myofiber kaliber i regenererende muskel. Alderen mus behandlet MED GDF11 viste også økt gjennomsnittlig treningsuthold og grepstyrke.

i dette siste papiret fant de også at in vitro eksponering av eldre satellittceller TIL GDF11, men ikke myostatin (et annet medlem AV tgf-β superfamilien) eller TGF-β 1, ga dosere responsive økninger i satellittcelleproliferasjon og differensiering, noe som tyder på AT GDF11, i motsetning til myostatin, kan virke direkte på satellittceller for å endre deres funksjon.