Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà khoa học từng nghĩ rằng tế bào thần kinh, hoặc có thể là tế bào tim, là những tế bào lâu đời nhất trong cơ thể. Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng não chuột, gan và tuyến tụy chứa các quần thể tế bào và protein có tuổi thọ cực kỳ dài – một số lâu đời như tế bào thần kinh.
Các nhà khoa học từng nghĩ rằng tế bào thần kinh, hoặc có thể là tế bào tim, là những tế bào lâu đời nhất trong cơ thể. Giờ đây, các nhà nghiên cứu của Viện Salk đã phát hiện ra rằng não chuột, gan và tuyến tụy có chứa các tế bào và protein có tuổi thọ cực kỳ dài – một số lâu đời như tế bào thần kinh. Các phát hiện, chứng minh “chủ nghĩa khảm tuổi”, đã được công bố trong Chuyển hóa tế bào vào ngày 6 tháng 6 năm 2019. Phương pháp của nhóm có thể được áp dụng cho gần như bất kỳ mô nào trong cơ thể để cung cấp thông tin có giá trị về chức năng suốt đời của các tế bào không phân chia và cách các tế bào mất kiểm soát về chất lượng và tính toàn vẹn của protein và cấu trúc tế bào quan trọng trong quá trình lão hóa.
“Chúng tôi khá ngạc nhiên khi tìm thấy các cấu trúc tế bào về cơ bản là lâu đời như sinh vật mà chúng cư trú”, Phó chủ tịch Salk, Giám đốc khoa học Martin Hetzer, tác giả và giáo sư cấp cao nói. “Điều này cho thấy sự phức tạp của tế bào thậm chí còn lớn hơn chúng ta tưởng tượng trước đây và có ý nghĩa hấp dẫn đối với cách chúng ta nghĩ về sự lão hóa của các cơ quan, chẳng hạn như não, tim và tuyến tụy.”
Hầu hết các tế bào thần kinh trong não không phân chia trong tuổi trưởng thành và do đó trải qua một sự suy giảm tuổi thọ dài và liên quan đến tuổi tác. Tuy nhiên, phần lớn là do những hạn chế kỹ thuật, tuổi thọ của các tế bào bên ngoài não rất khó xác định.
“Các nhà sinh học đã hỏi – các tế bào trong một sinh vật bao nhiêu tuổi? Có ý kiến chung cho rằng các tế bào thần kinh đã già, trong khi các tế bào khác trong cơ thể còn khá trẻ và tái tạo trong suốt cuộc đời của sinh vật”, Rafael Arrojo e Drigo, tác giả đầu tiên và Salk nhân viên khoa học. “Chúng tôi bắt đầu xem liệu có khả năng một số cơ quan nhất định cũng có các tế bào tồn tại lâu như tế bào thần kinh trong não hay không.”
Vì các nhà nghiên cứu biết rằng hầu hết các tế bào thần kinh không được thay thế trong suốt vòng đời, họ đã sử dụng chúng như một “đường cơ sở tuổi” để so sánh các tế bào không phân chia khác. Nhóm nghiên cứu đã kết hợp ghi nhãn đồng vị electron với phương pháp hình ảnh lai (MIMS-EM) để trực quan hóa và định lượng tuổi và tế bào và protein trong não, tuyến tụy và gan trong các mô hình gặm nhấm trẻ và già.
Để xác thực phương pháp của họ, trước tiên các nhà khoa học đã xác định tuổi của các tế bào thần kinh và nhận thấy rằng – như nghi ngờ – chúng cũng già như sinh vật. Tuy nhiên, đáng ngạc nhiên, các tế bào xếp thành mạch máu, được gọi là tế bào nội mô, cũng cũ như tế bào thần kinh. Điều này có nghĩa là một số tế bào không phải tế bào thần kinh không tự sao chép hoặc tự thay thế trong suốt vòng đời.
Tuyến tụy, một cơ quan chịu trách nhiệm duy trì lượng đường trong máu và tiết ra các enzyme tiêu hóa, cũng cho thấy các tế bào ở các độ tuổi khác nhau. Một phần nhỏ của tuyến tụy, được gọi là đảo nhỏ của Langerhans, xuất hiện cho các nhà nghiên cứu như một câu đố của các tế bào trẻ và già kết nối với nhau. Một số tế bào beta, giải phóng insulin, được sao chép trong suốt cuộc đời và còn khá trẻ, trong khi một số không phân chia và tồn tại lâu, tương tự như tế bào thần kinh. Một loại tế bào khác, được gọi là tế bào delta, hoàn toàn không phân chia. Tuyến tụy là một ví dụ nổi bật của chủ nghĩa khảm thời đại, tức là một quần thể các tế bào giống hệt nhau được phân biệt bởi tuổi thọ của chúng.
Các nghiên cứu trước đây cho rằng gan có khả năng tái tạo trong suốt tuổi trưởng thành, vì vậy các nhà nghiên cứu đã chọn cơ quan này để mong muốn quan sát các tế bào gan tương đối trẻ. Thật ngạc nhiên, phần lớn các tế bào gan ở chuột trưởng thành khỏe mạnh được tìm thấy là già như động vật, trong khi các tế bào nối mạch máu và các tế bào giống như sao, một loại tế bào gan khác, sống ngắn hơn nhiều. Do đó, bất ngờ, gan cũng đã chứng minh chủ nghĩa khảm tuổi, chỉ ra những con đường nghiên cứu tái tạo tiềm năng mới cho cơ quan này.
Ở quy mô phân tử, một lựa chọn các tế bào sống lâu được quan sát có chứa các phức hợp protein hiển thị tuổi khảm. Ví dụ, lông mao chính (phần phụ giống như lông ở bên ngoài tế bào) của các tế bào beta trong tuyến tụy và tế bào thần kinh chứa các vùng protein có tuổi thọ rất khác nhau. Ngược lại, các tế bào trong gan không chứa protein sống lâu.
“Nhờ các công nghệ trực quan mới, chúng tôi có thể xác định tuổi của các tế bào và các phức hợp siêu phân tử của chúng chính xác hơn bao giờ hết. Điều này mở ra cánh cửa mới để nghiên cứu tất cả các tế bào, mô và cơ quan ở trạng thái bình thường và trong tình trạng bệnh”, Mark Ellisman, Phân biệt. Giáo sư Khoa học thần kinh tại Trường Y khoa UC San Diego và là đồng trưởng nhóm nghiên cứu với Hetzer. Phòng thí nghiệm của ông, Trung tâm nghiên cứu kính hiển vi và hình ảnh quốc gia, đã phát triển và cung cấp các phương pháp hình ảnh mô mới cho kính hiển vi đa quy mô và đa phương thức tương quan. Những phương pháp này cung cấp chìa khóa mới và cho phép các công nghệ cho phép thực hiện nghiên cứu này.
Hetzer nói: “Xác định tuổi của các tế bào và cấu trúc dưới tế bào ở sinh vật trưởng thành sẽ cung cấp những hiểu biết mới về cơ chế bảo trì và sửa chữa tế bào và tác động của những thay đổi tích lũy trong tuổi trưởng thành đối với sức khỏe và sự phát triển của bệnh”. “Mục tiêu cuối cùng là sử dụng các cơ chế này để ngăn chặn hoặc trì hoãn sự suy giảm các cơ quan liên quan đến tuổi với sự đổi mới tế bào hạn chế.”
Tiếp theo, các tác giả có kế hoạch giải mã sự khác biệt về tuổi thọ của axit nucleic và lipid. Họ cũng muốn hiểu làm thế nào chủ nghĩa khảm tuổi liên quan đến sức khỏe và các bệnh như bệnh tiểu đường loại 2.
Các tác giả khác bao gồm Swati Tyagi của Salk; Varda Lev-ram, Ranjan Ramachandra, Thomas Deerinck, Eric Bushong và Sebastien Phan của UC San Diego; Victoria mồ côi của Viện Công nghệ California; và Claude Lechene của Bệnh viện Brigham và Women.
Công trình được tài trợ bởi Viện sức khỏe quốc gia (R01 NS096786, NINDS NIH RO1 NS027177-30, NIGMS 5P41 GM103412-29), Quỹ Keck, Quỹ NOMIS, Bộ năng lượng Hoa Kỳ (DE-SC0016469), NINIS (NS072031), Quỹ Waitt, Quỹ Chapman, Quỹ từ thiện Helmsley, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của Hiệp hội Tiểu đường Hoa Kỳ (# 1-18-PMF-007) và Cơ sở hình ảnh tế bào và mô của Viện Curut (PICT), một thành viên của Cơ sở hạ tầng quốc gia Pháp BioImaging (ANR-10-INBS-04).
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Viện Salk . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :