บทความอายุยืน

นักวิทยาศาสตร์กำลังปรับเปลี่ยนกระบวนการของเซลล์เพื่อชะลอความชรา

นักวิทยาศาสตร์กำลังปรับเปลี่ยนกระบวนการของเซลล์เพื่อชะลอความชรา
  • นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้เพื่อป้องกันไม่ให้เซลล์ลดลงอย่างรวดเร็วตามที่คาดไว้ในขณะที่อายุมากขึ้น  

  • การแทรกแซงกลไกการแก่ชราของเซลล์ มีโอกาสที่จะปรับระบบควบคุมการแก่ชราใหม่เพื่อกระตุ้นให้เซลล์เสื่อมช้าลง 

  • ความก้าวหน้านี้สามารถส่งผลให้มนุษยชาติมีอายุยืนยาวขึ้นอย่างมาก

บทความนี้ถูกโพสต์โดย ScienceDaily

หลังจากระบุกลไกหลักที่อยู่เบื้องหลังกระบวนการชราแล้ว นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียได้ค้นพบเซลล์สองทิศทางที่ตามมาเพื่อขับเคลื่อนความชรา ด้วยการควบคุมระบบเซ็ตนี้ มีโอกาสที่จะชะลอความชราได้ระยะหนึ่ง 

การค้นพบนี้เผยแพร่ใน ศาสตร์, อธิบายว่านวัตกรรมทางชีววิทยาสังเคราะห์สามารถแก้ปัญหาการสึกหรอของเซลล์ตามปกติเมื่อเวลาผ่านไปได้อย่างไร กระบวนการนี้เกิดขึ้นได้จากการเปลี่ยนแปลงคุณลักษณะหลักของสัตว์ พืช และเซลล์มนุษย์ทั้งหมด นั่นก็คือวงจรควบคุมยีน 

วงจรควบคุมยีนเป็นส่วนหนึ่งของกระดูกสันหลังของกลไกการชรา โครงสร้างที่ซับซ้อนนี้ประกอบด้วยเครือข่ายของยีน และสถาปัตยกรรมด้านกฎระเบียบที่ควบคุมการแสดงออกของยีน 

คิดว่าการแสดงออกของยีนเป็นคู่มือการใช้งานในเซลล์ของคุณ ซึ่งกำหนดวิธีการทำงานของพวกมัน เมื่อคุณอายุมากขึ้น รูปแบบการแสดงออกของคุณเปลี่ยนไปโดยมียีนบางตัวทำงานมากเกินไปหรือทำงานน้อยเกินไป ซึ่งนำไปสู่ความผิดปกติที่เกี่ยวข้องกับอายุ 

ศาสตราจารย์ Nan Hao จาก School of Biological Sciences Department of Molecular Biology ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาและผู้อำนวยการร่วมของ UC San Diego's Synthetic กล่าวว่า "วงจรยีนเหล่านี้สามารถทำงานได้เหมือนกับวงจรไฟฟ้าในบ้านของเราที่ควบคุมอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องใช้ไฟฟ้าและรถยนต์" สถาบันชีววิทยา. 

แต่ในขณะที่เซลล์ทำงานในวงจรควบคุมยีนส่วนกลาง เซลล์เหล่านั้นไม่ได้อยู่ภายใต้กระบวนการชราหรือไทม์ไลน์เดียวกัน คล้ายกับรถยนต์ที่เสื่อมสภาพจากการสึกหรอของเครื่องยนต์หรือระบบส่งกำลัง แม้ว่าทั้งสองอย่างเป็นสาเหตุที่ถูกต้องของการเสื่อมสภาพ แต่ก็ไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นพร้อมๆ กันเพื่อทำให้เกิดการเสื่อมสภาพ  

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียตระหนักถึงโอกาสนี้ในโครงสร้างเซลล์ พวกเขาได้พัฒนากระบวนการ "การแก่ชราอย่างชาญฉลาด" ซึ่งจะช่วยยืดอายุของเซลล์โดยการหมุนเวียนการเสื่อมสภาพจากกลไกการแก่ชราอย่างหนึ่งไปยังอีกกลไกหนึ่ง 

วงจรควบคุมยีนทำงานอย่างไร 

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว วงจรควบคุมยีนทำงานคล้ายกับสวิตช์ไฟฟ้าที่พบในเครื่องใช้ในครัวเรือน ซึ่งโดยปกติจะอยู่ในสองสถานะ คือเปิดหรือปิด วงจรยีนใช้ลูปป้อนกลับเชิงบวกที่เสริมสถานะปัจจุบัน ทำให้เสถียรจนกว่าสัญญาณภายนอกจะกระตุ้นการเปลี่ยนไปใช้รูปแบบอื่น 

อย่างไรก็ตาม แทนที่จะใช้สวิตช์สลับ นักวิจัยในการศึกษานี้ได้สร้างวงจรตอบรับเชิงลบเพื่อชะลอความชรา อุปกรณ์ที่มีลักษณะคล้ายนาฬิกานี้ทำให้เซลล์สลับไปมาระหว่างสภาวะความชราทั้งสอง ป้องกันไม่ให้เซลล์ติดอยู่ในรูปแบบเดียวนานเกินไป  

เพื่ออธิบาย ผู้เชี่ยวชาญได้เชื่อมโยงยีนที่ควบคุมความชราของเซลล์อีกครั้ง แทนที่จะให้ยีนเหล่านี้ทำงานเหมือนสวิตช์เปิด-ปิดดังที่เห็นในอุปกรณ์ในครัวเรือน พวกมันเปลี่ยนพวกมันให้เป็นนาฬิกาชีวภาพ ซึ่งพวกมันเรียกว่า "ยีนออสซิลเลเตอร์"  

การปรับเปลี่ยนนี้จะทำให้เซลล์ไม่เหลืออยู่ในสภาวะชราที่อาจเป็นอันตราย ส่งผลให้เซลล์มีอายุยืนยาวกว่าปกติมาก 

“นี่เป็นครั้งแรกที่ชีววิทยาสังเคราะห์ที่ใช้คอมพิวเตอร์ชี้นำ และหลักการทางวิศวกรรมถูกนำมาใช้เพื่อออกแบบวงจรยีนใหม่อย่างมีเหตุผล และตั้งโปรแกรมกระบวนการชราภาพใหม่เพื่อส่งเสริมการมีอายุยืนยาวอย่างมีประสิทธิภาพ” ห่าวกล่าว ความก้าวหน้าเหล่านี้กำลังกระตุ้นให้เกิดการสร้างสถิติใหม่ของการยืดอายุขัยของมนุษย์ 

อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์กำลังปรับแต่งยีนเพื่อค้นพบวิธีการใหม่ๆ ในการยืดอายุขัย ใน การศึกษาปี 2562 ตีพิมพ์ในวารสาร จดหมายวิวัฒนาการ นักวิจัยทดลองกับเวิร์มเพื่อระบุยีนตัวรับอินซูลินที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตและอายุยืนยาว ด้วยการทำงานเกี่ยวกับเส้นทางอินซูลินในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ ผู้เชี่ยวชาญสามารถยืดอายุขัยได้มากกว่าสองเท่าของระยะเวลาที่คาดไว้ 

นักวิทยาศาสตร์ยังแยกส่วนการทำงานทางพันธุกรรมเพื่อทำความเข้าใจอย่างถูกต้องว่าทำไมเราถึงดำเนินการในแบบที่เราทำ นักวิจัยจากสถาบันเซลล์ต้นกำเนิด wellcome trust-mrc แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ พบว่า ระบุปัจจัยที่ผลักดันให้เกิดการสร้างความแตกต่างของเซลล์ โดยใช้วิธีพิเศษในการสังเกตสเต็มเซลล์ที่มีโครโมโซมชุดเดียว 

ผู้เชี่ยวชาญเหล่านี้สามารถระบุคำตอบสำหรับคำถามเกี่ยวกับการทำงานทางชีวภาพและทางการแพทย์ได้ โดยการรวบรวมสิ่งที่ประกอบขึ้นเป็นการเดินสายไฟของเซลล์  

วงจรควบคุมยีนสามารถชะลอกระบวนการชราได้อย่างไร 

การให้รางวัลวงจรควบคุมยีนเป็นความสำเร็จที่สำคัญเนื่องจากมีศักยภาพในการชะลอความชรา กระบวนการนี้สามารถปรับปรุงความชราโดยส่งผลต่อการซ่อมแซม dna และการตอบสนองต่อความเครียดของเซลล์ การเดินสายทางพันธุกรรมยังสามารถกำหนดเป้าหมายและชะลอการโจมตีของลักษณะต่างๆ เช่น การชราภาพ ซึ่งเซลล์สูญเสียความสามารถในการแบ่งและควบคุม 

นักวิจัยเข้าใจถึงความสำคัญของความเป็นไปได้นี้ ในการศึกษานี้ การค้นพบยีนออสซิลเลเตอร์เกิดขึ้นหลังจากการวิจัยหลายปี ซึ่งในระหว่างนั้นทีมงานได้ค้นพบว่าเซลล์มีวิวัฒนาการอย่างไรตลอดอายุขัย พวกเขาตรวจพบว่าเซลล์ต่างๆ เป็นไปตามการเปลี่ยนแปลงระดับโมเลกุลในชีวิตจนกระทั่งเซลล์เสื่อมและตายไป 

อย่างไรก็ตาม พวกเขาระบุสิ่งอื่น เช่น เซลล์ที่มีสารพันธุกรรมเดียวกัน ตั้งอยู่ในสภาพแวดล้อมเดียวกัน บางครั้งมีอายุตามเส้นทางที่ต่างกัน 

ที่ปลายด้านหนึ่ง เซลล์ครึ่งหนึ่งมีอายุมากขึ้นเนื่องจากการลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปในความเสถียรของ dna ซึ่งเป็นที่เก็บข้อมูลทางพันธุกรรม อีกด้านหนึ่ง ความชราเป็นผลมาจากความเสื่อมของไมโตคอนเดรียซึ่งเป็นหน่วยผลิตพลังงานของเซลล์ 

"ผลลัพธ์ของเราสร้างความเชื่อมโยงระหว่างสถาปัตยกรรมเครือข่ายยีนกับการมีอายุยืนยาวของเซลล์ซึ่งอาจนำไปสู่วงจรยีนที่ออกแบบอย่างมีเหตุผลซึ่งช่วยชะลอความชรา" นักวิจัยตั้งข้อสังเกตในการศึกษาของพวกเขา 

ในระหว่างการวิจัย ทีมงานได้สังเกต Saccharomyces cerevisiae เซลล์ยีสต์เป็นตัวอย่างของเซลล์มนุษย์ พวกเขาพบว่าการเดินสายเซลล์ยีสต์โดยใช้สังคมหรืออุปกรณ์สังเคราะห์ช่วยเพิ่มอายุการใช้งานได้มากถึง 82% เมื่อเทียบกับเซลล์ควบคุมที่มีอายุภายใต้การตั้งค่าปกติ สิ่งนี้ส่งผลให้เกิด "การยืดอายุขัยที่เด่นชัดที่สุดในยีสต์ที่เราสังเกตเห็นจากการก่อกวนทางพันธุกรรม" 

Hao กล่าวถึงความสำเร็จอันน่าประทับใจนี้ว่า: "เซลล์ออสซิลเลเตอร์ของเรามีอายุยืนยาวกว่าสายพันธุ์ที่มีอายุยาวนานที่สุดใดๆ ที่เคยระบุโดยการตรวจคัดกรองทางพันธุกรรมที่เป็นกลาง"  

นวัตกรรมทางวิทยาศาสตร์กำลังออกแบบความเป็นไปได้ใหม่ๆ ให้กับวิถีชีวิตของเรา และระยะเวลาที่เราจะทำเช่นนั้นได้ นักวิจัยให้สิ่งที่ดีที่สุด: “งานของเราเป็นตัวอย่างที่พิสูจน์แนวคิด ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสำเร็จในการประยุกต์ชีววิทยาสังเคราะห์เพื่อตั้งโปรแกรมกระบวนการชราภาพของเซลล์ใหม่” พวกเขาเสริมว่าการวิจัยครั้งนี้: "อาจวางรากฐานสำหรับการออกแบบวงจรยีนสังเคราะห์เพื่อส่งเสริมการมีอายุยืนยาวในสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนมากขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ" 

อ้างอิง:

แฮร์ริส เอสอี, ริกจิโอ วี, อีเวนเดน แอล และคณะ การเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับอายุ และการศึกษาการเชื่อมโยงแบบกว้างของการถอดเสียงของลักษณะความชราทางกายภาพและความรู้ความเข้าใจ ในกลุ่ม lothian birth cohort 1936 ผู้สูงอายุ (ออลบานีนิวยอร์ก)- 2017;9(12):2489-2503. ดอย:10.18632/aging.101333 

ลินด์ แม่ และคณะ 2019. ทดลองลดอินซูลิน/igf1 การส่งสัญญาณในวัยผู้ใหญ่ช่วยยืดอายุขัยของพ่อแม่และปรับปรุงสมรรถภาพทางกายของดาร์วินของลูกหลาน จดหมายวิวัฒนาการ 

Leeb m, dietmann s, paramor m, niwa h, smith a. การสำรวจทางพันธุกรรมของการออกจากการฟื้นฟูตนเองโดยใช้เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนเดี่ยว เซลล์ต้นกำเนิด- 2014;14(3):385-393. ดอย:10.1016/j.stem.2013.12.008 



โพสต์เก่ากว่า โพสต์ใหม่กว่า