表观遗传信息的损失可以推动老化,恢复可以扭转它

一项国际研究13年首次演示了DNA降解的方法是组织和regulated-known作为有机体epigenetics-can驱动老化,独立变化的遗传代码本身。

工作表明,表观遗传信息的崩溃导致小鼠年龄和表观基因组的完整性反转恢复那些老化的迹象。

1月12日在网上发表的研究结果细胞。

“我们相信,我们的研究首次表明表观遗传变化作为哺乳动物衰老的主要动力,”论文的资深作者说,大卫·辛克莱的遗传学教授哈佛医学院和Blavatnik学院的副主任保罗·f·格伦生物衰老研究中心。

团队的广泛的一系列实验提供期待已久的证实DNA变化不是唯一或甚至衰老的主要原因。相反,研究结果显示,化学和结构变化chromatin-the复杂的DNA和蛋白质形成chromosomes-fuel老化没有改变遗传密码本身。

“我们预计结果将改变我们看待衰老的过程和方法与衰老相关疾病的治疗,”co-first作者Jae-Hyun杨说,研究员在辛克莱遗传学实验室。

作者说,因为它更容易操纵控制表观遗传过程的分子比反向DNA突变,指向工作新途径,关注实验胚胎学,而不是遗传预防或治疗与年龄相关的损害。

首先,结果需要被复制在大型哺乳动物和人类。在非人灵长类动物的研究正在进行中。

“我们希望这些结果被视为一个转折点在我们控制衰老的能力,”辛克莱说。“这是第一个研究显示,我们可以精确地控制一个复杂的生理年龄的动物;我们可以推动它向前和向后。”

除了突变

也许最急待解决的问题对于那些研究衰老是什么导致了它。

几十年来,统治理论在这个领域是衰老来自DNA变化的积累,主要是基因突变,随着时间的推移,阻止越来越多的基因正常运作。反过来,这些故障的原因细胞失去自己的身份,所以组织和器官分解,最终导致疾病和死亡。

然而,近年来的研究已经越来越多地暗示,还有更多的故事。

例如,一些研究人员发现,一些人高突变率和老鼠不要过早老化的迹象。岁其他人观察到许多类型的细胞有很少或根本没有突变。

研究人员开始怀疑什么工作或而不是DNA变化引起衰老。列出可能的罪魁祸首了。其中包括表观遗传变化。

表观遗传学的一个组成部分的物理结构,如组蛋白DNA束成紧密压实染色质和展现部分的DNA。基因是无法当他们捆绑,但可以复制和用于生产蛋白质时未假脱机。因此,表观遗传因素在任何给定的或不活动调节的基因细胞在任何给定的时间。

为基因活动作为切换,这些表观遗传分子帮助定义单元类型和函数。因为每个细胞有机体已基本相同的DNA,它是特定基因的开关切换让神经细胞和肌肉细胞从肺细胞。

“表观遗传学就像一个细胞的操作系统,告诉它如何使用相同的遗传物质不同,”杨说,世卫组织正在与Motoshi Hayano co-first作者,前博士后辛克莱实验室现在在东京庆应义塾大学医学院。

在1990年代后期和2000年代早期,辛克莱的实验室和其他人在酵母和哺乳动物,表观遗传变化伴随老化。但他们不能告诉这些变化是否开车老化或被它的结果。

直到当前研究辛克莱的团队能够解开表观遗传基因变化和确认故障在表观遗传信息,事实上,导致小鼠的衰老。

冰的老鼠

团队的主要实验涉及创建临时治疗削减的DNA实验室里的小白鼠。

这些破坏了低级的模仿,正在进行的优惠在哺乳动物细胞染色体经历每一天为了应对诸如呼吸、暴露在阳光和宇宙射线,和接触某些化学物质。

在这项研究中,测试是否老化这一过程的结果,研究人员加速破坏模拟快进生命的数量。

团队还确保了大部分的优惠没有了老鼠的dna片段的编码区域内组成的基因。这阻止动物的基因突变。相反,改变了DNA折叠方式。

辛克莱冰和他的同事们称他们的系统,简称诱导表观基因组的变化。

起初,表观遗传因素暂停其正常工作的调节基因和搬到DNA断裂协调维修。的因素之后,回到原来的位置。

但是随着时间的推移,事情发生了变化。研究人员注意到,这些因素有“分心”,没有修复后回家休息。表观基因组变得紊乱,开始失去其原始信息。染色质凝聚和未假脱机的错误模式,表观遗传故障的一个特点。

老鼠失去年轻的后生作用,他们开始的外观和行为。研究人员看到指示衰老的生物标记物。细胞失去了他们的身份,例如,肌肉或皮肤细胞。组织功能摇摇欲坠。器官失败了。

该团队使用最近的实验室测量工具由辛克莱多大了老鼠,不是按照时间顺序,在几天或几个月,但“生物”,基于有多少网站失去了整个基因组甲基通常附加。未经处理的小鼠相比,在同一时间出生,冰小鼠年龄更多。

年轻又

接下来,研究人员给了老鼠基因治疗,相反他们会引起的表观遗传变化。

“就像重启电脑故障,”辛克莱说。

治疗了三个genes-Oct4、Sox2 Klf4,一起叫OSK-that活跃在干细胞和可以帮助倒带成熟细胞的状态。(辛克莱的实验室用这种鸡尾酒在2020年恢复在瞎老鼠。)

冰老鼠的器官和组织恢复年轻状态。

治疗“启动一个表观遗传程序导致细胞恢复年轻时的表观遗传信息,”辛克莱说。“这是一个永久性的重置”。

商船如何治疗实现尚不清楚。

在这个阶段,辛克莱说,发现支持假设哺乳动物细胞维持一种表观遗传的备份软件,访问时,可以允许一个年龄,epigenetically炒细胞重新引导到一个年轻的、健康的状态。

现在,团队领导的广泛的实验得出结论,“通过操作表观基因组,老化可以向前和向后推动,”杨说。

从这里

冰法为研究人员提供了一个新的方法来探索表观遗传学在衰老和其他生物过程的作用。

因为衰老后的冰老鼠只有六个月,而不是平均的末尾鼠标两年半的寿命,研究方法还可以节省时间和金钱的老化。

研究人员也可以超越商船基因治疗在探索如何丢失表观遗传信息岁可能会恢复生物体。

“表观基因组有其他的方法来操作,如药物和小分子化学物质诱导温和的压力,”杨说。“这工作打开一扇门应用其他方法恢复细胞和组织”。

辛克莱希望工作能激发其他科学家研究如何控制衰老的预防和消除人类衰老相关疾病和条件,如心血管疾病、2型糖尿病、神经退化和脆弱。

“这些都是衰老的表现,我们一直试图用药物治疗出现时,这几乎是太迟了,”他说。

目标是解决衰老的根源延长人类健康跨度:的年数,不仅一个人仍然活着的好。

医学应用还有很长的路要走,需要广泛的多种细胞和动物模型实验。但辛克莱说,科学家应该大,继续努力为了实现这样的梦想。

“我们谈论的人老了,就是病了,使整个身体或一个特定的器官再次年轻,所以疾病消失,”他说。“这是一个好主意。这不是我们通常怎么做药。”