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Nature:衰老新机制——“复活”的胚胎发育基因损伤干细胞

2016-12-10 健康 | 生物探索

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Nature:衰老新机制——“复活”的胚胎发育基因损伤干细胞



HOX基因是一类在进化上高度保守的基因,它在调控胚胎发育和细胞分化的过程中扮演着重要角色。近日,来自德国耶拿的莱布尼茨老龄研究所(FLI)的研究人员发现,该基因家族成员之一——Hoxa9在老年时被重新激活。它的重激活损害了肌肉干细胞的功能,因而也限制了骨骼肌的再生能力。但是,这一过程可以通过抑制Hoxa9表观遗传活性的药物来逆转,这项发表于Nature杂志上的研究成果为衰老中的再生疗法指明了新方向。


衰老干细胞中胚胎基因Hoxa9被再次激活


Hox基因是胚胎发生过程中干细胞及组织的关键调节因子。虽然Hox基因在成年组织的干细胞中仍然可检测到,但是在出生后它们很少激活。这项研究发现,在老年时,Hox基因之一——Hoxa9在损伤的小鼠肌肉干细胞中被强烈地重新激活,并导致骨骼肌再生能力的下降。有趣的是,当这种有不利的基因再活化被药物抑制时,老龄小鼠的肌肉再生得到改善,这提示了一种改善老年肌肉再生的新的治疗方法。


研究人员表示,从进化的角度来看,Hox基因非常古老。它们调节几乎整个动物王国的器官发育——从苍蝇到人类。这些基因错误的重新激活导致肌肉干细胞衰老。这一发现将从根本上影响我们对衰老过程的理解。


表观遗传学的改变


胚胎发育过程中基因的激活有精确的时间控制,以确保完美无缺的组织形成和器官发育。这一精细过程由表观基因组的改变,即DNA的化学修饰来调节。研究人员应用一种新方法鉴定出损伤后肌肉干细胞中发生的表观遗传变化,这可能是Hox基因在衰老后重新激活的原因。 令人惊讶的是,衰老肌肉干细胞在未受损伤的稳定状态下并没有表现出表观基因组的错误激活。只有在肌肉损伤时,干细胞才会显示异常的表观遗传应激反应,这导致DNA开启,从而激活发育通路。


研究还证明,限制表观基因组改变的药物可以提高衰老小鼠肌肉的再生能力。不过,这种药物特异性不强,它影响着多个细胞和组织中的基因修饰。 为此,新的合作研究已经启动,以调查纳米粒子诱导的,特异性抑制肌肉干细胞中Hox基因是否可行, 如果成功,这项研究将帮助改善老年人肌肉再生和维持。


参考资料:


Epigenetic stress responses induce muscle stem-cell ageing by Hoxa9 developmental signals


Reactivation of embryonic genes leads to muscle aging


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