به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، یک مطالعه بین المللی که حاصل 13 سال کار تحقیقاتی است، برای اولین بار نشان می‌دهد که تخریب در نحوه سازماندهی و تنظیم DNA  که به عنوان اپی‌ژنتیک شناخته می‌شود، می‌تواند بدون تغییر در کد ژنتیکی خود، پیری را در یک ارگانیسم تحریک کند. این کار نشان می‌دهد که شکست اطلاعات اپی‌ژنتیک باعث پیری موش‌ها می‌شود و بازیابی یکپارچگی اپی‌ژنوم آن، علائم پیری را معکوس می‌کند. یافته‌های این مقاله به صورت آنلاین در 12 ژانویه در Cell منتشر شده است.

کنترل سن بیولوژیکی یک حیوان پیچیده

نویسنده ارشد مقاله، David Sinclair‌، استاد ژنتیک در مؤسسه Blavatnik در دانشکده پزشکی هاروارد و یکی از مدیران مرکز تحقیقات زیست شناسی پیر، گفت: "ما معتقدیم مطالعه ما اولین مطالعه‌ای است که تغییرات اپی‌ژنتیکی را به عنوان محرک اصلی پیری در پستانداران نشان می‌دهد." زیرا مجموعه آزمایش‌های گسترده این تیم تأییدی را ارائه می‌کند که مدت‌ها در انتظار آن بودیم که تغییرات DNA تنها یا حتی اصلی‌ترین علت پیری نیست. در عوض، یافته‌ها نشان می‌دهند که تغییرات شیمیایی و ساختاری کروماتین، مجموعه‌ای از DNA  و پروتئین‌هایی که کروموزوم‌ها را تشکیل می‌دهند، بدون تغییر در خود کد ژنتیکی، باعث پیری می‌شود.

Jae-Hyun Yang ، پژوهشگر ژنتیک در آزمایشگاه Sinclair و نویسنده اول گفت: "ما انتظار داریم که این یافته‌ها نحوه نگرش ما به روند پیری و رویکرد ما به درمان بیماری‌های مرتبط با پیری را تغییر دهد." نویسندگان می‌گویند که چون دستکاری مولکول‌هایی که فرآیندهای اپی‌ژنتیکی را کنترل می‌کنند آسان‌تر از معکوس کردن جهش‌های DNA است، کار به راه‌های جدیدی اشاره می‌کند که به جای ژنتیک برای پیشگیری یا درمان آسیب‌های مرتبط با افزایش سن بر روی اپی‌ژنتیک تمرکز می‌کنند. ابتدا، نتایج باید در پستانداران بزرگتر و در انسان تکرار شود. در حال حاضر مطالعات بر روی پستانداران غیر انسانی در حال انجام است.Sinclair  در ادامه گفت: "ما امیدواریم که این نتایج به عنوان نقطه عطفی در توانایی ما برای کنترل پیری دیده شود." این اولین مطالعه‌ای است که نشان می‌دهد ما می توانیم سن بیولوژیکی یک حیوان پیچیده را کنترل کنیم، تا بتوانیم آن را به دلخواه به جلو و عقب برانیم.»

چه عواملی باعث پیری در افراد می‌شود؟

برای دهه‌ها، یک نظریه حاکم در این زمینه این بود که پیری از تجمع تغییرات در DNA ناشی می‌شود، در درجه اول جهش‌های ژنتیکی، که با گذشت زمان از عملکرد بیشتر و بیشتر ژن‌ها به درستی جلوگیری می‌کند. این اختلالات به نوبه خود باعث می‌شود که سلول‌ها هویت خود را از دست بدهند و در نتیجه بافت‌ها و اندام‌ها تجزیه می‌شوند که این خود منجر به بیماری و در نهایت مرگ می‌شود. با این حال، در سال‌های اخیر، مطالعات به طور فزاینده‌ای نشان داده‌اند که در این داستان عوامل بیشتری دخالت دارد. به عنوان مثال، برخی از محققان به دنبال این موضوع بودند که چرا برخی از افراد و موش‌هایی که میزان جهش بالایی دارند، علائم پیری زودرس را نشان نمی‌دهند، و یا برخی دیگر مشاهده کردند که بسیاری از انواع سلول‌های پیر دارای جهش اندک یا بدون جهش هستند. همین عوامل باعث شد که محققان به این فکر کنند که چه چیز دیگری با یا به جای تغییرات DNA باعث پیری می‌شود. بنابراین فهرستی از عوامل احتمالی افزایش یافت. از جمله آنها تغییرات اپی ژنتیکی بود.

اهمیت عامل اپی ژنتیک در کنترل نوع و عملکرد سلول

یکی از اجزای اپی ژنتیک، ساختارهای فیزیکی مانند هیستون‌ها است که DNA را در کروماتین فشرده می‌کنند و در صورت نیاز بخش‌هایی از آن DNA را باز می‌کنند. ژن‌ها زمانی که دسته‌بندی می‌شوند غیرقابل دسترسی هستند، اما برای کپی کردن و استفاده برای تولید پروتئین‌ها در صورت آزاد نشدن در دسترس هستند. بنابراین، عوامل اپی ژنتیکی تنظیم می‌کنند که کدام ژن در هر سلول معین در هر زمان معین فعال یا غیر فعال باشد. این مولکول‌های اپی‌ژنتیکی با عمل به عنوان ضامن برای فعالیت ژن، به تعریف نوع و عملکرد سلول کمک می‌کنند. از آنجایی که هر سلول در یک ارگانیسم اساساً DNA یکسانی دارد، این فرایند روشن و خاموش کردن ژن‌های خاص در یک زمان خاص است که یک سلول عصبی را از یک سلول عضلانی و یا از یک سلول ریه متمایز می‌کند.

یانگ، نویسنده اول با موتوشی هایانو، یکی از همکاران فوق دکترا در آزمایشگاه Sinclair که اکنون در دانشکده دانشگاه کیو است، می‌گوید: «اپی‌ژنتیک مانند سیستم عامل یک سلول است که به آن می‌گوید چگونه از یک ماده ژنتیکی مشابه استفاده کند.

در اواخر دهه 1990 و اوایل دهه 2000، آزمایشگاه Sinclair و دیگران در مخمرها و پستانداران نشان دادند که تغییرات اپی‌ژنتیکی با پیری همراه است. با این حال، آنها نمی‌توانستند بگویند که آیا این تغییرات باعث پیری می‌شود یا پیامد آن است. تا زمانی که در مطالعه فعلی تیم Sinclair توانست تغییرات اپی‌ژنتیکی را از تغییرات ژنتیکی جدا کند و تأیید کند که تجزیه اطلاعات اپی ژنتیک در واقع به پیری موش کمک می‌کند.

ایجاد پیری با تولید موش‌های دارای تغییرات القایی در اپی ژنوم(ICE)

آزمایش اصلی این تیم شامل ایجاد بریدگی‌های موقتی و سریع التیام در DNA موش‌های آزمایشگاهی بود. این شکستگی‌ها از شکستگی‌های مداوم و کم درجه در کروموزوم‌ها تقلید می‌کردند که سلول‌های پستانداران هر روز در پاسخ به چیزهایی مانند تنفس، قرار گرفتن در معرض نور خورشید و پرتوهای کیهانی و تماس با برخی مواد شیمیایی تجربه می‌کنند. در این مطالعه، برای آزمایش اینکه آیا پیری ناشی از این فرآیند است یا خیر، محققان تعداد وقفه‌ها را برای شبیه‌سازی زندگی به سرعت به جلو تسریع کردند. این تیم همچنین اطمینان حاصل کرد این شکاف‌ها در نواحی کدکننده DNA موش‌ها ،بخش‌هایی سازنده ژن‌ها، را شامل نمی‌شد. بنابراین این امر از ایجاد جهش در ژن‌های حیوانات جلوگیری می‌کرد. درعوض، شکستن‌ها نحوه تا شدن DNA را تغییر دادند. Sinclair و همکاران سیستم خود را ICE نامیدند که مخفف تغییرات القایی در اپی ژنوم است. در این موش‌ها در ابتدا، عوامل اپی ژنتیک کار عادی خود را در تنظیم ژن‌ها متوقف کردند و برای هماهنگ کردن تعمیرات به بخش‌های DNA رفتند. پس از آن، عوامل به مکان اصلی خود بازگشتند. اما با گذشت زمان همه چیز تغییر کرد. محققان متوجه شدند که این عوامل "حواس پرت" شده و پس از تعمیر شکستگی‌ها به خانه بازنگشتند. اپی‌ژنوم بی نظم رشد کرد و شروع به از دست دادن اطلاعات اولیه خود کرد. کروماتین در الگوهای اشتباه متراکم شد و از بین رفت، که نشانه ای از نقص اپی‌ژنتیکی است. بنابراین همانطور که موش‌ها عملکرد اپی ژنتیک جوانی خود را از دست دادند و فرایند پیری در آنها شروع شد. محققان شاهد افزایش بیومارکرهایی بودند که نشان دهنده پیری هستند. سلول‌ها هویت خود را به عنوان مثال سلول‌های ماهیچه‌ای یا پوستی از دست دادند. عملکرد بافت دچار اختلال شد. ارگان‌ها از کار افتادند و در مقایسه با موش‌های بدون درمان که در همان زمان متولد شدند، موش‌های ICE به طور قابل توجهی بیشتر پیر شده بودند.

جوان سازی مجدد موش ها

سپس، محققان به موش‌ها یک ژن درمانی دادند که تغییرات اپی‌ژنتیکی که آنها ایجاد کرده بودند را معکوس کرد. Sinclair می‌گوید: «این مانند راه‌اندازی مجدد یک کامپیوتر خراب است. این درمان سه ژن - Oct4، Sox2 و Klf4 را به نام‌های OSK ارائه داد که در سلول‌های بنیادی فعال هستند و می‌توانند به بازگرداندن سلول‌های بالغ به حالت اولیه کمک کنند. (آزمایشگاه Sinclair در سال 2020 از این کوکتل برای بازیابی بینایی در موش‌های نابینا استفاده کرد.) اندام‌ها و بافت‌های موش‌های ICE دوباره به حالت جوانی درآمدند. Sinclair گفت: این درمان «یک برنامه اپی‌ژنتیکی را به راه انداخت که سلول‌ها را به بازیابی اطلاعات اپی‌ژنتیکی که در جوانی داشتند، هدایت کرد». "این یک تنظیم مجدد دائمی است."

اهمیت روش ICE برای کشف نقش اپی‌ژنتیک در پیری

در این مرحله، Sinclair می‌گوید این کشف از این فرضیه پشتیبانی می‌کند که سلول‌های پستانداران نوعی نسخه پشتیبان از نرم‌افزار اپی‌ژنتیکی را نگهداری می‌کنند که در صورت دسترسی به آن، می‌تواند به سلول پیر و درهم‌خورده اپی‌ژنتیکی اجازه راه‌اندازی مجدد به حالت جوان و سالم را بدهد. یانگ گفت: در حال حاضر، آزمایش‌های گسترده تیم را به این نتیجه رساند که «با دستکاری اپی‌ژنوم، می‌توان پیری را به جلو و عقب سوق داد» بنابراین نتایج این مطالعه و استفاده از روش ICE ، روش جدیدی را برای کشف نقش اپی‌ژنتیک در پیری و سایر فرآیندهای بیولوژیکی به محققان ارائه می‌دهد. از آنجایی که علائم پیری در موش‌های ICE تنها پس از شش ماه به جای پایان عمر متوسط دو سال و نیم موش ایجاد شد، این رویکرد همچنین باعث صرفه‌جویی در زمان و هزینه برای محققانی که پیری را مطالعه می‌کنند، می‌شود. محققان همچنین می توانند فراتر از ژن درمانی OSK در بررسی چگونگی بازیابی اطلاعات اپی ژنتیکی از دست رفته در موجودات مسن نگاه کنند. یانگ می‌گوید: «راه‌های دیگری نیز برای دستکاری اپی ژنوم وجود دارد، مانند داروها و مواد شیمیایی مولکولی کوچک که باعث ایجاد استرس ملایم می‌شوند.» "این کار دری را برای استفاده از روش‌های دیگر برای جوان سازی سلول‌ها و بافت‌ها باز می‌کند."

هدف افزایش طول عمر انسان است

Sinclair امیدوار است که این کار الهام بخش دیگر دانشمندان باشد تا چگونگی کنترل پیری را برای پیشگیری و از بین بردن بیماری‌ها و شرایط مرتبط با افزایش سن در انسان، مانند بیماری‌های قلبی عروقی، دیابت نوع 2، تخریب عصبی و ضعف مطالعه کنند. او گفت: «اینها همه تظاهرات پیری است که ما سعی کرده‌ایم با داروها در هنگام ظهور آنها را درمان کنیم، که تقریباً خیلی دیر شده است. هدف، پرداختن به علل ریشه‌ای پیری برای افزایش طول عمر انسان است: تعداد سال‌هایی که یک فرد نه تنها زنده می‌ماند، بلکه سالم می‌ماند. بنابراین این طرح برای کاربردهای پزشکی بسیار دور است زیرا لازم است آزمایش‌های گسترده‌ای در مدل‌های چند سلولی و حیوانی انجام شود. اما، Sinclair گفت، دانشمندان باید بزرگ فکر کنند و برای رسیدن به چنین رویاهایی به تلاش ادامه دهند. او گفت: "ما باید در ادامه در مورد گرفتن نمونه فردی که پیر و بیمار است صحبت ‌کنیم که قرار است کل بدن یا یک عضو خاص او را دوباره جوان ‌کنیم، بنابراین با این فکر هم پیری و هم بیماری از بین می‌رود." بنابراین این یک ایده بزرگ است.

پایان مطلب/.