S přibývajícím věkem přichází postupné vyčerpávání zásob kmenových buněk v těle. Kmenové buňky tak postupně ztrácejí schopnost reagovat na běžné biologické signály a obnovovat potřebné tkáně, což vede k postupnému zhoršení funkce jednotlivých orgánů. Tento proces je provázen změnami v tzv. genové expresi, tedy v tom, jak buňky čtou a využívají genetické informace. Genová exprese je ovlivněna strukturou chromatinu – materiálu, který tvoří DNA v jádře buňky. Epigenetické změny mění tvar chromatinu, čímž některé oblasti DNA otevírají pro přístup k transkripci (přepisu genetických informací do RNA), zatímco jiné zůstávají „skryté“. Vědci se nyní soustředí na identifikaci genů, které hrají klíčovou roli v procesu vyčerpávání kmenových buněk ve střevních tkáních mušek. Tento výzkum by mohl být prvním krokem ke studiu podobných procesů i u savců.
Je důležité zmínit, že i když mají tzv. klidové kmenové buňky a buňky vyčerpané vlivem stáří společný nižší potenciál k růstu, existuje mezi nimi zásadní rozdíl. Klidové buňky mají schopnost obnovit svůj růst, pokud jsou vystaveny stresovým signálům, zatímco vyčerpané buňky tuto schopnost ztrácejí. Vyčerpání kmenových buněk, které přichází s věkem, se projevuje u různých druhů kmenových buněk v těle myší, například u kmenových buněk krvetvorných, střevních, svalových a také vlasových. Tento proces může nastat buď vlivem stresu z replikace (opakovaného dělení buněk), nebo mechanismy, které se dělení buněk netýkají. Výsledný stav buňky, tedy zda si zachová schopnost růst nebo dojde k jejímu vyčerpání, závisí pravděpodobně na souhře různých signálů, které působí v buňce současně a mohou mít opačný efekt.
U octomilek, konkrétně druhu Drosophila, vykazují stárnoucí střevní kmenové buňky (ISCs) vlastnosti naznačující snahu o růst i v pozdějším věku. Výzkumy naznačují, že protein zvaný PIWI může omezením některých signálů podporovat funkčnost střevních kmenových buněk, a to prostřednictvím tzv. Jak-Stat signálních drah (cesta, kterou si buňky přenáší určité instrukce). Nicméně konkrétní signály, které u těchto buněk spouštějí proces vyčerpání s věkem, nejsou dosud zcela prozkoumány. Vědci předpokládají, že mohou existovat další, dosud neodhalené signály, které tento proces urychlují. Ve stárnoucích kmenových buňkách totiž dochází k výrazným změnám ve struktuře chromatinu i ve způsobu, jakým je genetická informace čtena a využívána. Výsledkem jsou úpravy v dostupnosti chromatinu a změny v genové expresi, které mohou vyvolat vyčerpání kmenových buněk ve střevních tkáních.
S přibývajícím věkem dochází u střevních kmenových buněk k uzavírání struktury chromatinu a snížení exprese některých genů, konkrétně genů Trithorax-like (Trl), ced-6 a ci. Výzkum ukázal, že pokud jsou tyto geny inhibovány (potlačeny), dochází k urychlení vyčerpání střevních kmenových buněk. Tento objev poskytuje vědcům nový pohled na to, jak změny v chromatinu a genové expresi mohou přispívat k procesu stárnutí kmenových buněk a tím i ke zhoršení regenerativní schopnosti tkání.
Zdroje:
I když mají kmenové buňky ve stavu klidu a vyčerpané kmenové buňky starších tkání společnou sníženou schopnost proliferace, existuje mezi nimi rozdíl. Buňky v klidu mohou po přijetí stresových signálů opět růst, zatímco vyčerpané buňky tuto schopnost ztrácejí. K vyčerpání kmenových buněk vlivem stárnutí dochází v různých typech kmenových buněk u myší, včetně kmenových buněk hematopoetických (krvetvorných), střevních, svalových a vlasových folikul. K vyčerpání může docházet dvěma hlavními mechanismy: buď vlivem replikativního stresu při proliferaci, nebo mechanismy nezávislými na proliferaci. Výsledná podoba buněk – buď schopných růstu, nebo vyčerpaných – pravděpodobně závisí na konkurenčním působení protichůdných signálů.
U mušek druhu Drosophila stárnoucí střevní kmenové buňky (ISCs) vykazují proliferační vlastnosti. Bylo naznačeno, že protein PIWI dokáže omezit vyčerpání ISCs prostřednictvím Jak-Stat signálních drah, avšak konkrétní signály, které vedou ISCs směrem k vyčerpání během stárnutí, nejsou dosud známy. Mohou existovat dosud neobjevené signály, které tento proces vyčerpání způsobují. Se stárnutím totiž dochází u kmenových buněk k simultánním změnám v chromatinových strukturách a v genové expresi. Byly zjištěny změny v dostupnosti chromatinu a genové expresi, které mohou podporovat vyčerpání střevních kmenových buněk.
Během stárnutí se uzavírá struktura chromatinu a klesá exprese genů Trithorax-like (Trl), ced-6 a ci v progenitorových buňkách střevní tkáně. Inhibice genů Trl, ced-6 nebo ci způsobuje vyčerpání ISCs. Tato studie poskytuje nový vhled do změn v dostupnosti chromatinu a genové expresi, které mohou být příčinou vyčerpání střevních kmenových buněk během stárnutí.
Zdroje: