Nature子刊:老年人的表观遗传改变增加骨质疏松和骨折的风险

【字体: 时间:2021年09月15日 来源:生物通

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  科隆大学Max普朗克衰老生物学研究所和CCEAD研究所老龄化研究小组的研究人员已经表明,衰老过程中干细胞功能的减少是由于表观基因组的变化。他们能够通过添加醋酸盐来逆转分离干细胞的这些变化。

  

随着年龄的增长,我们的骨骼变得越来越薄,我们更容易骨折,骨质疏松症等骨病也更容易发生。一个负责任的机制涉及骨髓干细胞功能受损,这是维持骨骼完整性所必需的。科隆大学Max Planck衰老生物学研究所和CCEAD研究所老龄化研究小组的研究人员已经表明,衰老过程中干细胞功能的减少是由于表观基因组的变化。他们能够通过添加醋酸盐来逆转分离干细胞的这些变化。这种表观基因组的青春源泉可能对骨质疏松症等疾病的治疗非常重要。

 


骨髓干细胞中的染色钙(深棕色):年轻干细胞(左)比老干细胞(中)产生更多的骨材料。它们可以通过添加醋酸钠来恢复活力(右图)。

 

一段时间以来,衰老研究人员一直将表观遗传学视为衰老过程的一个原因。表观遗传学研究遗传信息和染色体的变化,这些变化不会改变基因本身的序列,但会影响它们的活动。一种可能性是称为组蛋白的蛋白质发生变化,组蛋白将DNA包裹在细胞中,从而控制对DNA的访问。Peter Tessarz的科隆研究小组现在已经研究了间充质干细胞的表观基因组。这些干细胞存在于骨髓中,可以产生不同类型的细胞,如软骨细胞、骨细胞和脂肪细胞。

“我们想知道为什么随着年龄的增长,这些干细胞产生的用于骨骼发育和维持的物质越来越少,导致越来越多的脂肪积聚在骨髓中。为此,我们比较了年轻和老年小鼠干细胞的表观基因组,”该研究的第一作者Andromachi Pouikli解释道。“我们可以看到,随着年龄的增长,表观基因组发生了显著变化。对骨骼生成至关重要的基因尤其受到影响。”

表观基因组再生

研究人员随后调查了干细胞的表观基因组是否可以再生。为了做到这一点,他们用含有醋酸钠的营养液处理从小鼠骨髓中分离出来的干细胞。细胞将醋酸盐转化为一个构建块,酶可以附着在组蛋白上,增加对基因的访问,从而提高它们的活性。Pouikli说:“这种疗法令人印象深刻地使表观基因组再生,提高了干细胞的活性,并导致骨细胞的更高产量。”

为了阐明表观基因组的这种变化是否也可能是老年人骨折或骨质疏松风险增加的原因,研究人员研究了髋关节手术后患者的人骨髓间充质干细胞。同样患有骨质疏松症的老年患者的细胞显示出与先前在小鼠身上观察到的相同的表观遗传学变化。

治疗骨质疏松症的新方法?

“醋酸钠也可用作食品添加剂,但是,不建议以这种形式使用它来治疗骨质疏松症,因为我们观察到的效果对某些细胞非常特异。然而,已经有了治疗骨质疏松症的干细胞疗法的初步经验。在这种情况下,醋酸钠治疗也可能有效。然而,我们需要更详细地调查对整个生物体的影响,以排除可能的风险和副作用,”领导这项研究的Peter Tessarz解释道。

Andromachi Pouikli, Swati Parekh, Monika Maleszewska, Chrysa Nikopoulou, Maarouf Baghdadi, Ignacio Tripodi, Kat Folz-Donahue, Yvonne Hinze, Andrea Mesaros, David Hoey, Patrick Giavalisco, Robin Dowell, Linda Partridge und Peter Tessarz
Chromatin Remodeling due to degradation of Citrate Carrier impairs osteogenesis of aged mesenchymal stem cells
Nature Aging, Sep 13

 

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