徠卡顯微鏡干細(xì)胞的衰老過程

徠卡顯微鏡干細(xì)胞的衰老過程

老化的生理過程是生命的一個基本組成部分。 負(fù)責(zé)衰老過程，他們有效果的過程是生物醫(yī)學(xué)研究的重要熱點(diǎn)之一。 伊馮娜博士Begus-Nahrmann研究干細(xì)胞的分子機(jī)制及其在衰老和腫瘤發(fā)展的哥廷根大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的作用。 信號蛋白質(zhì)如p53和p21似乎在這方面發(fā)揮重要的作用。 為了研究這些蛋白質(zhì)在特定細(xì)胞類型，所述細(xì)胞分離自器官組織用激光顯微切割的幫助。

如何干細(xì)胞與衰老過程有關(guān)？

分子醫(yī)學(xué)在老年學(xué)旨在破譯衰老過程的機(jī)制，并制定改進(jìn)生活高齡質(zhì)量的方法。 干細(xì)胞研究是該領(lǐng)域*顯著的活動之一。

干細(xì)胞，其中有各種類型的，都在衰老過程至關(guān)重要。 一些干細(xì)胞是有關(guān)的胚胎發(fā)育。 它們是多能干，能夠形成一個有機(jī)體的所有細(xì)胞類型。 這些胚胎干細(xì)胞不再發(fā)生于成年人。 它們只繼續(xù)存在作為成體干細(xì)胞，器官特異性，即能夠僅由一種類型的器官形成兩個或三個不同的細(xì)胞類型。 骨髓干細(xì)胞，例如，僅區(qū)分從造血系統(tǒng)象免疫細(xì)胞和紅血細(xì)胞的細(xì)胞。 皮膚干細(xì)胞形成新的皮膚細(xì)胞。奧林巴斯顯微鏡

對我們來說，成體干細(xì)胞是特別有趣的，因為它們已經(jīng)存在于組織中，并繼續(xù)在老化過程中存在。 然而，器官特異性干細(xì)胞是沒有來自其他小區(qū)的不同在于，該組織中的老年迅速再生下降的能力。 我們要找出其原因，尋找刺激的成體干細(xì)胞，使它們分裂，更有效地再生的組織方式。 我，例如，已經(jīng)研究了信號的蛋白質(zhì)p53和p21。

什么是信號蛋白質(zhì)p53和p21在衰老過程中的作用？

徠卡顯微鏡我需要給一點(diǎn)背景資料在這里。 有幾個原因，一個有機(jī)體青睞。 在這個過程中的一個重要方面是端粒在該服務(wù)作為一種“保護(hù)帽”用于保存細(xì)胞的遺傳信息的染色體的末端。 因為所謂的“末端復(fù)制問題”，一小塊該保護(hù)蓋的在每次細(xì)胞分裂時丟失。 從某個角度，端粒不再能夠執(zhí)行它們的保護(hù)功能。 這可能導(dǎo)致的遺傳信息，染色體的不穩(wěn)定，因而損失的細(xì)胞的變性。 細(xì)胞常常腫瘤發(fā)展的原因。 因此，一個機(jī)制被觸發(fā)，從進(jìn)一步分割停止這樣的細(xì)胞。 這應(yīng)該是防止患腫瘤這種保護(hù)機(jī)制被激活和控制一個非常重要的信號分子 - p53蛋白。 這種蛋白質(zhì)的重要性的事實(shí)，P53已停止正常運(yùn)行，在所有癌癥病例有90％是完全缺失可見一斑。

端粒的縮短這發(fā)生在干細(xì)胞。 在這里，p53基因被激活，以阻止干細(xì)胞的進(jìn)一步分裂。

如果想象的信號級聯(lián)，蛋白質(zhì)的p21是p53的下方，是依賴于它的活化。 如果p53蛋白被激活，它可以啟動該決定細(xì)胞的命運(yùn)兩個不同的信號路徑。 一方面，活化的p53可通過p21的到該單元仍能夠發(fā)揮作用，但不再能夠劃分情況導(dǎo)致。 細(xì)胞的分裂能力是永久抑制：我們講衰老這里。 另一方面，當(dāng)端粒的縮短是太遠(yuǎn)*且有進(jìn)一步損害的遺傳信息 - 例如作為UV輻射的結(jié)果 - 的p53可通過蛋白質(zhì)的PUMA啟動細(xì)胞凋亡。 在這種情況下，有針對性的細(xì)胞死亡。

腸的不穩(wěn)定的干細(xì)胞在衰老組織不會被刪除和朝向更快老化的組織的貢獻(xiàn)：免疫組織化學(xué)染色，以確定腸干細(xì)胞。 在老化的組織與完整的p53的干細(xì)胞被刪除（左），而它們被保留在組織中與已刪除的p53蛋白（右，紅色圓圈）。

什么是干細(xì)胞研究當(dāng)前形勢下，有什么辦法正在推行？

我們現(xiàn)在越來越能夠理解發(fā)生了什么，由于老化造成的端粒在細(xì)胞的縮短，并在干細(xì)胞的運(yùn)作，并再生潛在由此造成的損失。 我們的理想目標(biāo)是減慢老化過程，并改善老化生物體的再生潛力，以及阻止腫瘤發(fā)展增加。 要做到這一點(diǎn)，我們需要打破這些過程的細(xì)節(jié)和理解的干細(xì)胞的功能，在老化過程。 這方面的知識將有助于我們了解如何駕馭各種信號蛋白的“智能”對我們有利。

干細(xì)胞是一個重要的研究領(lǐng)域。 在德國，科學(xué)家們正在集中更多的是由于有關(guān)使用胚胎干細(xì)胞的道德疑慮的成體干細(xì)胞。 然而，道德的問題是不是與胚胎干細(xì)胞是*的問題。 因為他們的能力，以分化成各種組織和細(xì)胞的，它們在理論上提供了巨大的應(yīng)用潛力。 在現(xiàn)實(shí)中，但是，它是困難的在臨床應(yīng)用中，以獲得胚細(xì)胞在正確的地方，以使它們只產(chǎn)生所希望的細(xì)胞類型和不會引起任何不希望的變性。

因此，它可能是一個優(yōu)點(diǎn)為科學(xué)家使用自己的器官特異性干細(xì)胞。 首先，這些成體干細(xì)胞已經(jīng)在需要的地方的位置，其次，它們只能分化成幾個器官特異性細(xì)胞類型。 這減少了細(xì)胞變性的可能性。

在醫(yī)院，這種可能性已經(jīng)被使用通過移植病人本身或外國的造血干細(xì)胞。 化療和放療用于治療癌癥也殺死其他頻繁分裂的細(xì)胞，如毛細(xì)胞和那些免疫和造血系統(tǒng)的。 干細(xì)胞取自治療前的患者和還給事后恢復(fù)免疫和造血系統(tǒng)的功能。

這也是如何，例如，白血病固化時，由醫(yī)生從健康供體移植的骨髓干細(xì)胞。 干細(xì)胞移植的這種方法在本質(zhì)上是相當(dāng)容易的，因為該細(xì)胞可以通過血液進(jìn)行分配。 然而，這是不容易做到的固體器官如肝臟。 這將是一個很大的優(yōu)勢在這里能夠使用的干細(xì)胞的器官本身。

端粒是不是衰老的*原因。 它也引起在體內(nèi)自然產(chǎn)生的，如可溶性因子，細(xì)胞因子和激素的循環(huán)血液中的物質(zhì)。 隨著年齡的增長，有變化，他們被釋放的方式，在我們的身體反應(yīng)的能力。 這導(dǎo)致了細(xì)胞或整個器官的功能的惡化。 這是一個需要更詳細(xì)研究的另一個領(lǐng)域。 因此內(nèi)源性物質(zhì)的檢測在我們的血液，他們作為生物標(biāo)志物，讓我們在一個器官或整個有機(jī)體的“年齡”的信息的潛力。

你從工作在你的論文得到哪些啟示？

在我的論文我用模擬人類的衰老過程的小鼠模型。 在這個系統(tǒng)中，信號蛋白質(zhì)p53，激活的保護(hù)機(jī)制，作為短端粒的響應(yīng)，是在腸上皮關(guān)閉。 p53的損失更迅速引起小鼠的年齡。 非功能性干細(xì)胞的遺傳改變依然存在，小鼠死亡越快。

因此，小鼠的壽命較短，但沒有腸道腫瘤。 事實(shí)上，我們發(fā)現(xiàn)，這是由于腸干細(xì)胞，這是必要的腸上皮定期再生的損失。 我們還發(fā)現(xiàn)，剩余的幾個干細(xì)胞試圖保存的腸上皮的功能常常表現(xiàn)出基因組的突變，從而導(dǎo)致故障的臟器。

為什么腸道你研究的重點(diǎn)，也就是說，你為什么選擇它為你的研究？

我們有幾個原因選擇腸道作為模型系統(tǒng)：

在我們使用端粒酶缺陷小鼠的老化模型，造血系統(tǒng)和腸內(nèi)表現(xiàn)出*大的效應(yīng)。 腸道的降低再生能力導(dǎo)致故障。腸道不再能夠吸收和利用的養(yǎng)分。 我們也知道干細(xì)胞在腸和哪些細(xì)胞類型它們分化成的位置。 此外，腸道具有良好，易于檢查結(jié)構(gòu)，即一個強(qiáng)烈顯型。 干細(xì)胞分裂頻繁和分化可以沿著絨毛只要其**被觀察到。

為了研究p53在衰老過程中扮演的角色，我們希望在這些小鼠關(guān)閉p53蛋白。 如已經(jīng)提到的，p53基因是參與大多數(shù)癌癥類型的發(fā)展。 在整個有機(jī)體鼠缺乏該蛋白導(dǎo)致淋巴瘤的發(fā)展，這使得p53在相當(dāng)多的困難老化過程的檢查。 因為我們希望避免這種情況，我們使用了衰老模型與端粒酶缺陷小鼠，其中所述蛋白質(zhì)p53是只在腸道切斷。

你認(rèn)為你的發(fā)現(xiàn)將有助于新的研究，甚至治療方法有關(guān)組織老化或腫瘤的發(fā)展？

這些見解是衰老過程的理解至關(guān)重要的意義。 *重要的是發(fā)生了干細(xì)胞的內(nèi)容：當(dāng)沒有更多的p53，非功能性腸干細(xì)胞不再除去，失去其以形成一個完整的腸上皮的能力。 因此p53的功能是細(xì)胞屏障 - 它挑選出的非功能性干細(xì)胞，并防止兩個腫瘤發(fā)展和與非官能化分化的細(xì)胞的器官的再生。 有趣的是，p53的活性，在人的系統(tǒng)在一般情況下，這可能部分地解釋為增加腫瘤的發(fā)展，也為更明顯的老化過程而減小。 我們正在尋找一種方式來保持或增加p53的活性。 那將是有益的，如果我們可以降低改變了干細(xì)胞的數(shù)量，從而減緩所述組織的老化速率。 此，當(dāng)然，也可以防止腫瘤的發(fā)展。 *重要的是它也應(yīng)該保持器官功能更好的頂部和更長的時間。 我們的*終目標(biāo)不是延長壽命本身，而是提高生活晚年的質(zhì)量。 許多疾病如癡呆，肝硬化和關(guān)節(jié)疼痛是年齡相關(guān)的。 這自然是一件好事，如果我們能提高，使我們能與生活的高品質(zhì)老去健康我們自己器官的再生能力。

為什么要使用激光顯微切割？

激光顯微切割可以得到能夠以分離的單細(xì)胞或特定的細(xì)胞類型的巨大優(yōu)勢。 一種細(xì)胞培養(yǎng)由某些細(xì)胞類型的均勻群體。 然而，組織是由不同類型的細(xì)胞。 一個器官，因此主要由不同的分化的體細(xì)胞保持其特定的功能。特定于該器官的細(xì)胞只占整個器官的一個非常小的比例。 縱觀器官作為一個整體，他們是相當(dāng)代表性不足。 研究特殊干細(xì)胞特異性的機(jī)制，我們可以使用激光顯微切割切出通過在組織特異性標(biāo)記物可視化干細(xì)胞。 這是檢查這兩個定義的“干細(xì)胞庫”，并有針對性地分化細(xì)胞的*途徑。 我們現(xiàn)在可以顯示重要的信號級聯(lián)和蛋白質(zhì)在干細(xì)胞或其它分化細(xì)胞群，準(zhǔn)確地它們是如何調(diào)節(jié)。 激光顯微切割曾在這里開辟了**的途徑。

哪些功能的LMD體系你覺得特別有用嗎？

徠卡LMD系統(tǒng)的*有用的特征是細(xì)胞與激光器和利用重力向dissectate轉(zhuǎn)移到蓋的精確隔離。 該系統(tǒng)使我的工作和衛(wèi)生及RNA- DNA酶無。 它確保樣品的快速，溫和的和無污染的隔離，同時正在操作方便精美。 觸摸屏是特別節(jié)省時間和方便。 與此工具我們可以直接標(biāo)記和因為我們希望解剖某種類型的許多細(xì)胞。 我們也很喜歡蓋的控制功能，這使我們能夠檢查dissectate在微量離心杯，我們使用的預(yù)期蓋子。

還需要什么令人振奮的有關(guān)干細(xì)胞和衰老過程中的問題進(jìn)行研究？

今后，單一的，特定的細(xì)胞群的研究 - 而不是完成組織 - 將獲得越來越多的重視。 細(xì)胞的干凈無污染隔離是重要這里。

應(yīng)該提到的是，不僅存在的基因組的改變，即DNA序列的直接的修改，但也表觀遺傳變化。 這些不直接涉及的DNA的損失，但會導(dǎo)致錯誤的或不同的讀出的遺傳信息。

我們想研究和了解什么把一個小區(qū)劃分為干細(xì)胞或即使該DNA本身是始終不變的分化細(xì)胞。 還有一個非常需要研究扔光對這些機(jī)制：即表示在這個過程中，以及我們?nèi)绾?終能控制細(xì)胞再生的蛋白質(zhì)。 考慮慢性肝臟疾病如肝硬化，例如。 起初，肝臟是能夠取代垂死的肝細(xì)胞。 漸漸地，分化的肝細(xì)胞的再生能力被耗盡，并且形成更多的結(jié)締組織。 這些纖維化區(qū)域占據(jù)了肝細(xì)胞的空間，而不能執(zhí)行它們的功能。 在這種情況下這將是一個優(yōu)勢，不僅激活肝干細(xì)胞，還能激發(fā)他們進(jìn)入生產(chǎn)肝細(xì)胞。

當(dāng)然，重要的是我們要找出刺激干細(xì)胞需要分化成相應(yīng)的細(xì)胞類型。 這不僅讓我們對衰老過程的重要信息。 我們也可以使用知識來治療慢性疾病。 

該工作組的分子腫瘤學(xué)系的哥廷根大學(xué)隊