Dans une étude récente publiée dans le Aging Journal, les chercheurs ont identifié des combinaisons de médicaments chimiques qui pourraient inverser le vieillissement cellulaire.
Étude: Reprogrammation chimiquement induite pour inverser le vieillissement cellulaire. Crédit d’image : AnusornNakdee/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
La perte d’informations épigénétiques est une caractéristique du vieillissement cellulaire chez les eucaryotes, entraînant des modifications de l’expression des gènes, une perte d’identité cellulaire, un dysfonctionnement mitochondrial, une inflammation et une sénescence cellulaire, qui contribuent au vieillissement et aux maladies liées à l’âge.
Des études ont rapporté que la perte épigénétique peut être restaurée. Les auteurs de la présente étude ont précédemment démontré que les facteurs de transcription induits par voie ectopique, Octamer-binding transcription factor 4 (OCT-4), région déterminant le sexe Y-box 2 (SOX2), et Facteur de type Kruppel 4 (KLF-4) (collectivement connus sous le nom de facteurs OSK) chez les mammifères peuvent inverser le vieillissement en restaurant les schémas de jeunesse de la méthylation de l’acide désoxyribonucléique (ADN), les profils transcriptomiques et le fonctionnement des tissus sans perte d’identité cellulaire.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont mis au point des tests cellulaires à haut débit capables de différencier les cellules jeunes, plus âgées et âgées du corps, y compris des horloges de vieillissement transcriptomique et des tests quantitatifs de compartimentation nucléocytoplasmique (NCC) en temps réel, pour identifier les composés qui peuvent inverser le processus de vieillissement sans altérations génomiques.
Le système NCC a été développé pour identifier les petites molécules qui inversent les effets du vieillissement et de la sénescence. Le système a été conçu pour être efficace, permettant une analyse à haut débit de la santé cellulaire et des modèles d’expression des gènes jeunes.
Le système rapporteur NCC a été introduit dans des fibroblastes humains d’un donneur de 22 ans, et des expériences ont été menées pour surveiller les altérations de la perméabilité nucléaire associées à l’âge.
Le passage 40,0 fois a entraîné des fibroblastes sénescents sans croissance pendant 14 jours, des altérations morphologiques typiques des cellules âgées et une augmentation des transcriptions du régulateur du cycle cellulaire p21 (CDKN1A).
Les fibroblastes ont été traités avec de la doxycycline pour activer le système OSK, et le test NCC a été testé pour déterminer si le système pouvait identifier l’impact de l’inversion de l’âge épigénétique régulée par le génome.
La méthode pourrait détecter les conséquences d’une inversion épigénétique génétiquement induite de l’âge à l’aide de la transduction de lentivirus et de l’analyse de l’ontologie des gènes (GO). L’équipe a compilé une liste de composés qui ont efficacement converti les cellules somatiques humaines et de souris en cellules souches pluripotentes induites chimiquement (CiPSC) et les a évaluées à l’aide du test NCC.
Les chercheurs ont utilisé VC6TF et C6NYSA comme cocktails de reprogrammation basaux et les ont complétés avec des boosters [sodium butyrate, alpha-ketoglutarate (α-KG), and basic fibroblast growth factor (bFGF)] pour augmenter l’efficacité de l’iPSC.
Les effets des boosters sur VC6TF (cocktail 1 ou C1, acide valproïque, CHIR-99021, E-616452, tranylcypromine et forskoline) ont été évalués, et des inhibiteurs des facteurs de remodelage de la chromatine ont été incorporés pour étudier les barrières et les facteurs de rajeunissement. L’immunofluorescence a été réalisée pour évaluer l’expression des gènes liés à la pluripotence après tous les traitements de cocktail.
L’étude a évalué les modèles d’expression génétique des cellules traitées chimiquement par rapport aux cellules d’origine humaine âgées et aux iPSC murines et humaines induites par OSK (MYC).
Une analyse d’enrichissement de l’ensemble de gènes (GSEA) a été réalisée pour identifier les voies liées aux différences et aux similitudes entre les thérapies chimiques, les signatures de vieillissement et les CSPi induites par l’OSK (M) à l’aide de l’Encyclopédie des gènes et des génomes de Kyoto (KEGG), des voies Reactome et Bases de données génomiques HALLMARK.
Le séquençage de l’acide ribonucléique (ARN) (pour analyser les profils transcriptomiques), l’association de signature, l’horloge transcriptomique et les analyses de profilage iPSC ont été effectués.
L’équipe a étudié les molécules participant aux premiers stades de la génération de CiPSC humaine, notamment C1 et C6NYSA (C4, CHIR-99021, Y-27632, E-616452, TTNPB et ABT-869 en tant que cocktails basaux pour la reprogrammation cellulaire.
Résultats
L’équipe a identifié six cocktails chimiques qui peuvent restaurer un profil de transcription jeune à l’échelle du génome et un âge transcriptomique inverse en moins d’une semaine sans compromettre l’identité cellulaire dans la même mesure que la surexpression d’OSK.
Les chercheurs ont découvert que l’expression de l’OSK dans les cellules, telles que les fibroblastes murins et humains, peut réparer de manière significative l’environnement épigénétique et les modèles d’expression génique des cellules âgées.
Sur les 20 gènes les plus régulés positivement associés aux marqueurs de vieillissement tels que le développement, le transport et la perturbation de la localisation, 11 ont été restaurés à des niveaux normaux par l’activité OSK.
La sénescence a induit des altérations mineures mais significatives des niveaux d’acide ribonucléique messager (ARNm) des gènes du cycle cellulaire, y compris p21. La sénescence s’est enrichie de gènes régulés à la baisse dans plusieurs activités liées au cycle cellulaire, et 19 des 20 gènes les plus altérés sont revenus à des limites normales après l’activité OSK, démontrant que l’induction OSK contrecarrait largement les altérations liées à l’âge causées par la sénescence.
Le cocktail de base VC6TF a été le plus efficace pour récupérer la qualité NCC, un indicateur critique de l’inversion de l’âge, parmi les 80 cocktails examinés dans l’expérience NCC.
Les six cocktails ont amélioré statistiquement la compartimentation dans les cellules sénescentes, à la fois dans l’analyse de corrélation et l’imagerie de la signalisation NCC. Les six cocktails de reprogrammation ont également réduit de manière significative l’âge chronologique estimé des cellules sénescentes NCC de plusieurs années.
Les cocktails obtenus à partir de souris C1-3 ont démontré des impacts anti-âge plus cohérents et plus profonds qui ont affecté le transcriptome cellulaire que les cocktails dérivés d’humains (C4-6).
Les propriétés anti-âge des cocktails chimiques, en particulier ceux dérivés de souris, étaient liées à une régulation à la hausse des voies liées à la respiration telles que la traduction mitochondriale et la phosphorylation oxydative, ainsi qu’à la réduction de l’hypoxie et de nombreuses voies liées à l’inflammation, dont l’interféron ( IFN) et Janus kinase/transducteurs de signal et activateurs de la signalisation de la transcription (JAK-STAT).
Conclusion
Sur la base des résultats de l’étude, la génétique et les moyens chimiques peuvent permettre un rajeunissement par inversion de l’âge sans effacer l’identité cellulaire.
