Föryngrande hjärnstamceller kan vara nyckeln till framtida MS-behandlingar
Forskare har hittat ett sätt att göra äldre hjärnstamceller hos råttor mer ungdomliga. Upptäckten kan leda till förbättrade behandlingar för åldringsrelaterade sjukdomar som försämrar hjärnan och nervsystemet.
Forskningen avser oligodendrocytfaderceller (OPC), som är en typ av stamceller eller omogna celler. OPC är viktiga för en sund funktion av hjärnan och resten av centrala nervsystemet.
OPC: er mognar eller differentierar till oligodendrocyter, vilka är cellerna som producerar myelinhöljet som omger nervfibrer och bevarar de elektriska signalerna som de bär.
Destruktion av myelin är ett kännetecken för multipel skleros (MS) och åldringsrelaterade förändringar av OPC bidrar till processen. Åldrande kan också minska OPC-funktionen hos friska individer.
Forskare vid University of Cambridge i Storbritannien fann att ökande styvhet i den åldrande hjärnan försämrar funktionen hos OPC.
När de transplanterade OPC från äldre råttor i hjärnan hos yngre råttor började de åldrade OPCerna fungera som ungdomliga OPC.
Förstärkning av stamcellsnisch
Teamet fastställde så småningom att förlusten av funktion i OPC: erna var ett resultat av att något hände i deras mikromiljö eller stamcells "nisch".
"Här visar vi", skriver författarna i ett nyligen Natur papper, "att OPC-mikromiljön stelnar med åldern, och att denna mekaniska förändring är tillräcklig för att orsaka åldersrelaterad förlust av OPC: s funktion."
Det verkar som om stamcellsnischen återspeglar de åldringsrelaterade förändringarna i de "kemiska och mekaniska signalerna" som den skickar till de OPC som finns i den.
När de transplanterade åldriga OPC: erna kände att de befann sig i en mer ungdomlig, mjuk miljö började de bete sig mer som kraftfulla, yngre OPC.
För att utforska vad som hände mer detaljerat genomförde teamet några laboratorieexperiment med OPC och "biologiska och syntetiska byggnadsställningar för att efterlikna stelheten hos unga hjärnor."
”Föryngras molekylärt och funktionellt”
Forskarna observerade att när de växte åldrade OPC på ställningar av mjukt material började de bete sig mer som ungdomliga OPC.
De åldrade OPC: erna var "molekylärt och funktionellt föryngrade" som ett resultat av att de var på det mjukare materialet.
Omvänt, genom att placera unga OPC på ställningar som innehåller styvare material fick de att bete sig som äldre.
”Vi var fascinerade”, säger medförfattare till studien Dr Kevin J. Chalut, “för att se att när vi blev unga, fungerade hjärnstamceller på det styva materialet, blev cellerna dysfunktionella och förlorade sin förmåga att regenerera, och i faktum började fungera som åldrade celler. ”
Dr. Chalut arbetar vid Institutionen för fysik och Stem Cell Institute vid University of Cambridge.
Han konstaterar dock att det mer intressanta fyndet var att se de gamla OPC: erna växa i det mjuka materialet och hur "de började fungera som unga celler - med andra ord, de föryngrades."
"Detta föreslår en ny väg framåt för att åsidosätta den åldersrelaterade funktionsförlusten i detta viktiga stamcellssystem", tillägger han.
Piezo1 signalerar nischstyvhet
Ytterligare undersökning ledde till att Dr. Chalut och hans kollegor fokuserade på en "mekanisk reaktionskanal" som heter Piezo1, ett protein som sitter på ytan av OPC. De fann att Piezo1 berättar för OPC om deras nisch är styv eller mjuk.
När de testade reaktionen hos åldrade OPC som saknade Piezo1, fann forskarna att stamcellerna beter sig som ungdomliga OPC, även när de växte på det styvare byggnadsmaterialet.
De fann också att radering av Piezo1 i OPC i hjärnan hos åldrade råttor ledde till att stamcellerna beter sig som om de var unga igen. Cellerna återupptog sin normala förmåga att regenerera.
MS Society, som är en registrerad välgörenhetsorganisation i England och Wales i Storbritannien, medfinansierade studien. Deras forskningschef, Dr Susan Kohlhaas, säger att resultaten "har viktiga konsekvenser" för behandlingen av MS.
"MS är obeveklig, smärtsam och inaktiverande, och behandlingar som kan sakta ner och förhindra ackumulering av funktionshinder över tid behövs desperat."
Dr Susan Kohlhaa
