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青年的基因控制生长驱动晚年血液干细胞的衰老

导读 在一个人的一生中,血液不断从血液干细胞中补充。然而,这些细胞在老年时会失去功能。莱布尼茨衰老研究所(Fritz Lipmann Institute,FLI)...

在一个人的一生中,血液不断从血液干细胞中补充。然而,这些细胞在老年时会失去功能。莱布尼茨衰老研究所(Fritz Lipmann Institute,FLI)的研究人员现在已经发现了一种负责造血干细胞衰老的基因机制。Igf2bp2基因在年轻时对于这些细胞的全部功能很重要,因为它激活它们的生长和新陈代谢。然而,当基因缺失时,干细胞的衰老相关功能丧失令人惊讶地减少。造血干细胞的最终衰老显然已经由它们在青年时期的基因驱动生长预先编程。

我们从什么时候开始变老?一段时间以来,科学家们一直在猜测这一点。衰老是在生命早期就开始的,还是这个过程甚至在胚胎中就开始了?对蠕虫的初步研究表明,缺乏某些生长基因会减缓它们的发育,但也会延缓它们的衰老。这种联系是否也存在于哺乳动物中以前尚不清楚,因此在目前的研究中,对小鼠造血干细胞进行了更详细的研究,该研究现已发表在《血液》杂志上。

生长因子Igf2bp2控制早期血液干细胞的功能

耶拿莱布尼茨衰老研究所-弗里茨·李普曼研究所(FLI)的研究人员已经能够证明,在小鼠中,生长因子Igf2bp2通过激活干细胞代谢和生长来控制年轻成年期的造血干细胞功能。“在那之后,该基因被沉默并失去其功能,它在高龄时几乎没有显示出干细胞中的任何活性,”FLI研究小组负责人兼FSU Jena分子医学教授K. Lenhard Rudolph教授解释说。“令人惊讶的是,基因突变的小鼠在晚年显示出与年龄相关的血液干细胞功能丧失的减少,即使该基因不再活跃。这表明Igf2bp2基因在生命早期的功能会导致干细胞的衰老。

骨髓中的造血干细胞持续确保血液系统在整个生命中为新细胞供应,并且在压力条件下,例如感染,炎症或出血,然后可以立即开始产生所需的血细胞。血液形成,也称为造血,由复杂的干细胞系统调节。新陈代谢和生长信号的活性对干细胞功能的发展起着决定性的作用。然而,随着生物体的衰老,增加的代谢活动也会导致造血干细胞的功能性衰竭。造血干细胞在胚胎发育期间或青春期的代谢和分裂活性是否已经预先确定了细胞的后期衰老,以前没有报道过,因此是当前研究的主题。

血液干细胞的衰老可以在细胞的发育记忆中预先编程

当前研究的实验结果表明,幼年小鼠生长和新陈代谢的激活预先编程了造血干细胞随后功能丧失,并将其刻入细胞的记忆中。Igf2bp2基因在年轻时驱动生长和代谢活动,但这些活动有助于晚年造血干细胞功能的年龄相关丧失。

“研究结果表明,一定的生长和代谢活动对于我们血液干细胞的不受干扰的发育是必要的。然而,这两个过程同时将自己作为一种记忆燃烧到我们的细胞中,然后导致血液干细胞在以后的生活中丧失功能,“Rudolph教授假设。“这种细胞记忆背后的机制原理在很大程度上仍然是未知的。但是,如果我们能够充分理解它,就可以开发新的疗法来改善老年人的健康。

新的血液干细胞亚组

本研究是与来自美国南加州大学洛杉矶分校的系统生物学家Adam L. MacLean教授及其合作者Megan Rommelfanger合作进行的。该研究小组专门从事单细胞水平的基因研究。利用这种专业知识,科学家们能够鉴定出造血干细胞的新亚群,该干细胞在青春期小鼠中表现出特别强的Igf2bp2依赖性代谢和生长活性。

“Igf2bp2基因在年轻时的活性阶段可能会触发血液干细胞中的一种记忆,”研究人员推测,“然后导致血液系统功能障碍,后来在高龄时,”该研究的第一作者苗苗Suo博士认为,遗传信息或表观遗传因素的化学变化在这里可能是显着的。“我们变老是因为我们成长。我们无法回避这个问题。但将来有可能消除代谢和生长活动的细胞记忆,从而改善衰老过程,“Rudolph教授总结道。

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