Die Auswirkungen einer reduzierten Genkontrolle seneszenter Zellen auf Gesundheit und Langlebigkeit müssen noch untersucht werden.
Alternde Zellen beteiligen sich an einem als kryptische Transkription bekannten Prozess, bei dem sie RNA-Transkripte aus kurzen Sequenzen erstellen, die in bestimmte Gene eingefügt werden. Seneszente Zellen sind Zellen, die im Körper weiter existieren, obwohl sie aufgehört haben sich zu teilen. Der Mechanismus, der der Expression dieser Transkripte zugrunde liegt, hat Forscher lange verwirrt, und welche Funktion diese Transkripte haben, wenn überhaupt, ist unbekannt. Während es noch einige unbeantwortete Bedenken gibt, beginnen Payel Sen, ein Molekularbiologe am National Institute on Aging der National Institutes of Health (NIH) und Kollegen zu verstehen, wie epigenetische Veränderungen die kryptische Transkription beeinflussen.
Die Gruppe berichtete, dass veränderte Histone, Proteine, mit denen die DNA innerhalb eines Chromosoms eng gefaltet ist, ihren Einfluss auf die DNA verlieren und möglicherweise eine falsche Replikation kryptischer Regionen innerhalb von Genen ermöglichen (ihre Studie wurde online am 30. März in Nature Aging veröffentlicht).
Es wurde erstmals entdeckt, dass seneszente Zellen kryptische Transkription in Hefen und Würmern durchführen, was später in Säugetierzellen bestätigt wurde. Während seine Rolle, insbesondere in Säugetierzellen, noch nicht vollständig verstanden ist, kann die kryptische Transkription nachteilig sein: Hefezellen lebten länger mit Unterdrückung der kryptischen Transkription. Angesichts der Tatsache, dass Transkripte eine fünfkammerige Kappe haben, ein Merkmal, das die Proteinsynthese ermöglicht, vermutet Sen, dass sie in kleine Proteine übersetzt werden können.
Er stellt fest, dass diese Transkripte einfach „Transkriptionsrauschen“ sein und „wesentliche Ressourcen in der Zelle verwenden“ können, was die Effizienz gealterter Zellen verringert.
Der italienische Molekularbiologe Francesco Neri, der nicht an der Studie beteiligt war, glaubt in einer E-Mail an The Scientist, dass diese Transkripte als „schädliche RNAs und/oder verkürzte Proteine, die zelluläre Prozesse stören können“ wirken könnten.
Die Alterungs- und Langlebigkeitsforschung kann stark davon profitieren, zu verstehen, wie und warum diese fehlerhaften Transkripte in seneszenten Zellen produziert werden und wie sie die Zelle selbst beeinflussen. Zum Beispiel könnte die Erkenntnis, ob diese seneszenten Zellen weniger effektiv wachsen oder schädliche kleine Proteine produzieren, schließlich zu neuen Wegen zur Erhaltung der Jugend führen.
Sie und Ihr Team haben sich vorgenommen, die epigenetischen Veränderungen zu enträtseln, die die Bildung kryptischer RNAs in Säugetieren auslösen, denn es gibt noch viele unbeantwortete Fragen zu diesen Molekülen.
Da kryptische Transkripte mit herkömmlichen RNA-Sequenzierungsmethoden schwer zu identifizieren und von anderen RNA-Transkripten zu trennen sind, hatten Forscher Schwierigkeiten herauszufinden, was die kryptische Transkription in menschlichen Zellen verursacht. Das Team sequenzierte die ersten paar interessierenden RNA-Nukleotide und verwendete eine präzise nukleare Run-on-Sequenzierungsmethode, die als PRO-cap bekannt ist, um die transkriptionelle Startposition der DNA zu bestimmen. Diese Methode beinhaltet das Hinzufügen von Biotin-markierten Nukleotiden zu den sich entwickelnden RNA-Strängen, um die Transkription abrupt zu stoppen.
Diese Biotin-Tags fungieren als Marker, um neu produzierte RNA von alten, gespleißten Transkripten zu unterscheiden, die nicht ausreichen, um die Startstelle der Transkription nachzuweisen.
Die Forscher erstellten im Labor Kohorten von jungen und seneszenten Zellen unter Verwendung derselben menschlichen Lungenzelllinie, indem sie die alternde Kohorte für 50 weitere Zellteilungsrunden als die jüngere Kohorte züchteten. Unter Verwendung von PRO-cap entdeckten die Wissenschaftler, dass kryptische Transkripte in vergleichbaren Raten sowohl in jungen als auch in alternden Zellen produziert werden, was zeigt, dass kryptische Transkription kontinuierlich während des gesamten Lebens einer Zelle stattfindet. Die Forscher fanden jedoch zahlreiche kryptische Regionen, die spezifisch für alternde Zellen sind und möglicherweise altersbedingten Zwecken dienen. Laut Neri ist es verlockend, die kryptische Transkription als „Merkmal des Alterns“ zu betrachten.
Die Wissenschaftler entdeckten, dass die kryptischen Regionen enthaltenden Gene in seneszenten Zellen länger sind als das typische menschliche Gen, weil sie längere Introns haben. Diese zusätzliche Länge kann zu längeren Wechselwirkungen zwischen dem DNA-Strang und der RNA-Polymerase führen, was die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Transkription erhöht.
Das Forschungsteam verwendete im Labor kultivierte Zellen, um ihre Entdeckung zu machen, aber sie mussten noch bestätigen, dass die kryptische Transkription auch bei Tieren vorkommt. Als das Experiment in Mausleberzellen wiederholt wurde, entdeckte das Team, dass ältere Mäuse (22-24 Monate) ein höheres Maß an kryptischer Transkription aufwiesen als jüngere Mäuse. (2-4 Monate). Mausgene, die diese kryptischen Regionen beherbergten, waren länger als üblich, ähnlich wie menschliche Lungenzellen.
Interessanterweise wurden kryptische Regionen fast ausschließlich in weiblichen Zelllinien der Maus entdeckt. Die Tatsache, dass weibliche Mäuse in dieser Studie drei Monate älter waren als männliche Mäuse, macht die Interpretation noch schwieriger. Sen behauptet, es gebe keinen signifikanten Altersunterschied und zitiert eine neue Studie, die Geschlechtsunterschiede bei der kryptischen Transkription in Mausstammzellen entdeckte.
Das Team muss noch feststellen, ob dies eine signifikante Korrelation ist und ob die kryptische Transkription Membranproteine in irgendeiner Weise beeinflusst. Viele dieser langen Gene kodieren für Proteine, die auf der Zelloberfläche zu finden sind, darunter solche, die an der Zell-zu-Zell-Adhäsion, Kommunikation und Signalübertragung beteiligt sind.
Sen will feststellen, ob die kryptische Transkription ein Nebenprodukt der Dysregulation ist oder in bestimmten Genen kontrolliert erfolgt, wobei lange Linien bevorzugt werden. Seiner Meinung nach wäre der nächste Schritt, festzustellen, ob verschiedene Gruppen von kryptischen Regionen in verschiedenen Zelltypen exprimiert werden, da dies der Idee Gewicht verleiht, dass kryptische Regionen kontrolliert werden. Tatsächlich, so Neri, haben viele Studien zusätzliche Gruppen kryptischer Regionen entdeckt.
Nachdem die Forscher mehr als 350 kryptische Stellen in seneszenten menschlichen Zellen entdeckt hatten, untersuchten sie die Prozesse, die dem Prozess in den von ihnen gezüchteten menschlichen Lungenzellen zugrunde liegen. Die Forscher waren besonders daran interessiert zu verstehen, ob chemische Veränderungen, die die Anheftung von Histonen an die DNA lockern, diese Regionen für die Transkription vorbereiten könnten.
Die Wissenschaftler verwendeten Chromatin-Immunpräzipitation, eine Methode, um DNA aus Zellen zu isolieren und zu schneiden, um Fragmente zu erzeugen, die noch an Histonen haften. Die Verwendung histonspezifischer Antikörper kann dann verwendet werden, um diese Fragmente für die Untersuchung zu isolieren. Sen und Kollegen verglichen die Menge der Histonacetylierung, die die DNA auflöst und die Transkription ermöglicht, mit der Menge der Histonmethylierung, die die DNA umgibt und sie „verschließt“, wodurch sie für die Transkription unzugänglich wird.
Das genaue Muster der Histonmethylierung in menschlichen kryptischen Regionen, das von den Forschern identifiziert wurde, stimmt mit Mustern überein, die zuvor in Hefe und Würmern beschrieben wurden. Die Tatsache, dass seneszente Zellen mehr acetylierte „on“-Histone und weniger methylierte „off“-Histone enthalten, deutet darauf hin, dass Histon-Modifikationen bei einer Korrelation zwischen Histonmodifikationen und Zellalter kryptische Stellen aufdecken können, die typischerweise in jungen Zellen verborgen sind. Sen behauptet, dass die „Epgenom-Erosion“ an mit der Seneszenz zusammenhängenden kryptischen Stellen in seneszenten Zellen die fehlerhafte Transkription verstärken kann. Die Wissenschaftler bemerkten ein einzigartiges Muster einer erhöhten Methylierung auf Histon 3, trotz einer insgesamt verringerten Histon-Methylierung in seneszenten Zellen. Dieses Muster liefert einen weiteren Beweis dafür, dass epigenetische Veränderungen die kryptische Transkription antreiben, da sie typischerweise an Transkriptionsstartpositionen in Sequenzen beobachtet werden, die als Promotoren bekannt sind.
Quelle: the-scientist.com/news-opinion
📩 07/04/2023 15:46