若々しい機能を取り戻すために再プログラムされた古い皮膚細胞

バブラハム研究所の研究により、人間の皮膚細胞を30年までに「タイムジャンプ」させ、細胞の特殊な機能を失うことなく細胞の老化時計を元に戻す方法が開発されました。 研究所のエピジェネティクス研究プログラムの研究者による研究は、生物学的年齢の分子測定を活性化するだけでなく、古い細胞の機能を部分的に回復することができました。 研究は本日ジャーナルに掲載されました eLife、そしてこのトピックはまだ調査の初期段階にありますが、再生医療に革命を起こす可能性があります。

再生医療とは？

私たちが老化するにつれて、私たちの細胞の機能は低下し、ゲノムは老化の痕跡を蓄積します。 再生生物学は、古い細胞を含む細胞を修復または置換することを目的としています。 再生生物学で最も重要なツールの1つは、「誘導された」幹細胞を作成する能力です。 このプロセスはいくつかのステップの結果であり、それぞれがセルを特殊化するマークの一部を消去します。 理論的には、これらの幹細胞はあらゆる細胞型になる可能性がありますが、科学者は幹細胞をすべての細胞型に再分化させるための条件を確実に再現することはまだできていません。

時間を戻す

科学者が幹細胞を作るために使用するノーベル賞を受賞した技術に基づく新しい方法は、プロセスの途中で再プログラミングを停止することにより、細胞のアイデンティティを完全に消去するという問題を克服します。 これにより、研究者は細胞の再プログラミングの正確なバランスを見つけ、生物学的に若くすると同時に、特殊な細胞機能を取り戻すことができました。

2007年、山中伸弥は、特定の機能を持つ正常細胞を、あらゆる細胞型に発達する特別な能力を持つ幹細胞に変えた最初の科学者でした。 幹細胞の再プログラミングの全プロセスは、山中因子と呼ばれる4つの主要な分子を使用して約50日かかります。 「成熟期の一時的な再プログラミング」と呼ばれる新しい方法は、細胞をわずか13日間山中因子に曝露します。 この時点で、加齢に伴う変化は取り除かれ、細胞は一時的にアイデンティティを失います。 部分的に再プログラムされた細胞は、それらの特定の皮膚細胞機能が回復したかどうかを観察するために、通常の条件下で成長する時間を与えられました。 ゲノム解析により、細胞が皮膚細胞（線維芽細胞）に特徴的なマーカーを取り戻したことが示され、これは、再プログラムされた細胞でのコラーゲン産生を観察することによって確認されました。

年齢は単なる数字ではありません

細胞が若返ったことを示すために、研究者たちは老化の特徴の変化を探しました。 Diljeet Gill博士が説明したように、博士号を取得した研究所のWolfReikの研究室のポスドクです。 学生は、「分子レベルでの老化の理解は過去10年間で進歩し、研究者が人間の細胞の加齢に伴う生物学的変化を測定できる技術を生み出しました。これを実験に適用して、達成された新しい方法の再プログラミング。」

研究者は、細胞年齢の複数の尺度を調べました。 1つ目はエピジェネティックな時計で、ゲノム全体に存在する化学タグが年齢を示します。 2つ目はトランスクリプトームで、細胞によって生成されるすべての遺伝子の読み出しです。 これらの2つの測定により、再プログラムされたセルは、参照データセットと比較して30年若いセルのプロファイルと一致しました。

この技術の潜在的な用途は、細胞が若く見えるだけでなく、若い細胞のように機能することに依存しています。 線維芽細胞は、骨、皮膚の腱、靭帯に見られる分子であるコラーゲンを生成し、組織に構造を提供し、傷を癒します。 若返った線維芽細胞は、再プログラミングプロセスを受けなかった対照細胞と比較して、より多くのコラーゲンタンパク質を産生しました。 線維芽細胞はまた、修復が必要な領域に移動します。 研究者たちは、皿の中の細胞の層に人工的な切り込みを入れることによって、部分的に若返った細胞をテストしました。 彼らは、処理された線維芽細胞が古い細胞よりも速くギャップに移動することを発見しました。 これは、いつの日かこの研究が傷の治癒に優れた細胞を作り出すために最終的に使用される可能性があるという有望な兆候です。

将来的には、この研究は他の治療の可能性も開くかもしれません。 研究者らは、彼らの方法が加齢性疾患や症状に関連する他の遺伝子にも影響を与えることを観察しました。 アルツハイマー病に関連するAPBA2遺伝子と、白内障の発症に関与するMAF遺伝子は、どちらも若々しいレベルの転写に向けて変化を示しました。

一時的な再プログラミングの成功の背後にあるメカニズムはまだ完全には理解されておらず、次に探求するパズルのピースです。 研究者たちは、細胞のアイデンティティの形成に関与するゲノムの重要な領域が再プログラミングプロセスから逃れる可能性があると推測しています。

ディルジットは、「私たちの結果は、細胞の再プログラミングの理解における大きな前進を表しています。細胞は機能を失うことなく若返らせることができ、若返りは古い細胞にいくつかの機能を回復させるように見えることを証明しました。疾患に関連する遺伝子の老化指標の分析は、この研究の将来にとって特に有望です。」

Altos Labs CambridgeInstituteを率いるようになったエピジェネティクス研究プログラムのグループリーダーであるWolfReik教授は、次のように述べています。老化の影響を減らすためにそれらをターゲットにします。このアプローチは、驚くべき治療の地平を開くことができる貴重な発見の可能性を秘めています。」