Chemické přeprogramování buněk: Nová cesta k omlazení a prodloužení života
Výzkum v oblasti přeprogramování buněk si klade za cíl indukovat některé aspekty dramatických změn v genové expresi a funkci buněk, které probíhají během raného embryonálního vývoje. V této fázi se dospělé zárodečné buňky zbavují epigenetických změn charakteristických pro stárnutí a stávají se mladými embryonálními kmenovými buňkami. Funkce buněk se omlazuje a mitochondriální funkce se obnovuje. Vědci dokážou zopakovat celý proces, což se děje, když jsou somatické buňky přeprogramovány na indukované pluripotentní kmenové buňky (iPSC) vystavením takzvaným Yamanaka faktorům. Současné úsilí se však zaměřuje na hledání účinných způsobů, jak vyvolat pouze omlazení funkce, aniž by došlo k indukci pluripotence a ztrátě typu buňky.
Částečné přeprogramování a malé molekuly
Zkoumání toho, co se začalo nazývat částečné přeprogramování – omlazení bez pluripotence nebo jiných nežádoucích změn stavu buněk – začalo použitím genetických technologií k vyvolání krátkodobé exprese jednoho nebo více Yamanaka faktorů. Několik společností se pomalu posouvá směrem ke klinickým studiím s počátečními genovými terapiemi, které se zaměřují na pečlivě vymezené případy použití, jako jsou oční onemocnění nebo aspekty stárnutí kůže. Vektory pro genovou terapii v současné době nedokážou efektivně doručit svůj náklad do celého těla a mnoho orgánů zůstává s vektory nedosažitelných jiným způsobem než přímou injekcí. Proto existuje zájem o alternativní cestu vývoje malých molekul, které mohou indukovat přeprogramování, neboť malé molekuly jsou schopny dosáhnout celého těla.
Většina práce na přeprogramování pomocí malých molekul se v současné době zaměřuje na malý počet sloučenin, konkrétně na ty, které tvoří kombinace 7c a 2c, o nichž se pojednává v dnešním otevřeném přístupovém článku. Kombinace 7c zahrnuje některé nežádoucí toxické molekuly, a proto se vědci v poslední době více zaměřili na 2c, kombinaci RepSoxu a tranylcyprominu. Tento relativně úzký okruh možností je charakteristický pro počáteční fázi výzkumu a vývoje. Společnosti a výzkumné skupiny se snaží najít další výchozí body v návrhu malých molekul pro přeprogramování, ale pokrok v této oblasti lze očekávat jen pomalu, v průběhu let.
Nové objevy v chemickém přeprogramování
Během vývoje buněk dochází k buněčnému přeprogramování, které indukuje tvorbu zygotických a primordiálních zárodečných buněk po dramatické reorganizaci chromatinu, čímž vznikají totipotentní a pluripotentní buňky bez molekulárních defektů souvisejících se stárnutím. To demonstruje, že jak buněčná identita, tak věk jsou reverzibilní. Důležité je, že tato manipulace s buněčnou identitou byla in vitro rekapitulována několika metodami, včetně přenosu jádra somatické buňky, vynucené exprese transkripčních faktorů a nejnověji léčby malými molekulami.
Ačkoli obnova starých fenotypů, jako je délka telomer, funkce mitochondrií, proliferace a transkriptomický podpis in vitro, byla prokázána před více než deseti lety, aplikace buněčného přeprogramování in vivo se zpočátku ukázala jako nebezpečná kvůli ztrátě buněčné identity vedoucí k tvorbě nádorů a teratomů. K překonání tohoto problému byl in vivo částečné přeprogramování krátkodobou cyklickou indukcí Oct4, Sox2, Klf4 a c-Myc (OSKM) kritickým pokrokem, neboť se vyhnul škodlivé ztrátě buněčné identity. Důležité je, že tato omezená cyklická exprese OSKM stačila k zmírnění více znaků stárnutí a prodloužila životnost progeroidního kmene myší. Zlepšená regenerační kapacita a funkce byly rovněž prokázány po terapeutické aplikaci buněčného přeprogramování v mnoha tkáních a orgánech, včetně meziobratlové ploténky, srdce, kůže, kosterního svalstva, jater, optického nervu a zubitého závitu.
V nové studii se uvádí, že krátkodobá léčba lidských buněk sedmi malými molekulami (7c – CHIR99021, DZNep, Forskolin, TTNPB, kyselina valproová, Repsox a Tranylcypromin), dříve identifikovanými pro jejich schopnost indukovat pluripotentní kmenové buňky, vede ke zlepšení molekulárních znaků stárnutí. Kromě toho se ukazuje, že optimalizovaný koktejl obsahující pouze dvě z těchto malých molekul (2c – Repsox a Tranylcypromin), je dostatečný k obnovení více fenotypů stárnutí, včetně genomové nestability, epigenetické dysregulace, buněčné senescence a zvýšených reaktivních forem kyslíku. A konečně, in vivo aplikace tohoto reprogramačního koktejlu 2c prodlužuje jak délku života (lifespan), tak délku zdravého života (healthspan) u C. elegans.