Đảo ngược lão hóa với tái lập trình biểu sinh

Kể từ khi con người tồn tại, hoặc kể từ khi các nhà triết học và thần học thời trung cổ phát triển khái niệm thời gian là hữu hạn, chúng ta nhận ra rằng bất kỳ sinh vật sống nào cũng sẽ trải qua cái chết. Sự hiểu biết về tỷ lệ tử vong này mang lại giá trị cho cuộc sống và thúc đẩy chúng ta làm những việc chúng ta làm hàng ngày.

Tuy nhiên, với những đột phá gần đây trong lĩnh vực kéo dài tuổi thọ của con người, chúng ta có thể bác bỏ ý tưởng về cái chết được định sẵn. Chúng ta đã có những khám phá cho thấy khả năng kéo dài tuổi thọ và chữa khỏi nhiều căn bệnh đang đe dọa nhân loại. Chúng tôi thậm chí đã đảo ngược quá trình lão hóa này ở chuột và chúng tôi không còn xa để làm điều tương tự với con người.

Nhưng trước khi tìm hiểu tất cả những điều thú vị đó, chúng ta hãy lùi lại một bước và đánh giá lại lão hóa thực sự là gì.

Quá trình lão hóa

Hãy nghĩ về ô tô. Theo thời gian, các bộ phận bị mài mòn, rỉ sét kim loại, bộ lọc bị tắc, v.v.

Điều tương tự cũng xảy ra với cơ thể chúng ta. Tổn thương oxy hóa, rút ​​ngắn telomere và tiếp xúc với bức xạ là một số trong nhiều quá trình góp phần vào lý thuyết hao mòn của lão hóa .

Lý thuyết hao mòn xem các tế bào giống như những chiếc tất chỉ tồn tại được rất lâu trước khi chúng trở nên xơ xác hoặc có lỗ thủng. Chúng có thể tự vá, giống như những chiếc tất, nhưng chỉ rất nhiều lần trước khi chúng không hoạt động nữa. -Mark Stibich, Tiến sĩ, FIDSA

Nhưng điều quan trọng là phải nhận ra rằng có nhiều hơn một lý thuyết về lão hóa. Lý thuyết hao mòn chỉ là một trong số rất nhiều. Có lý thuyết miễn dịch, lý thuyết nội tiết, lý thuyết gốc tự do, và danh sách này tiếp tục. Nhưng trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào lý thuyết thông tin về lão hóa , thứ liên kết tất cả lại với nhau.

Đánh giá về biểu sinh học

Mọi tế bào trong cơ thể bạn đều có quyền truy cập vào bộ gen đầy đủ của bạn. Một tế bào da chứa cùng một bộ hướng dẫn DNA giống như một tế bào gan. Tuy nhiên, chức năng của hai loại tế bào là hoàn toàn khác nhau. Bây giờ, tại sao lại thế này?

Điều này là do những thay đổi trong bộ gen biểu sinh , thứ quyết định cách thức biểu hiện DNA của bạn. Giờ đây, mặc dù chúng không thay đổi trình tự DNA thực tế của bạn, nhưng chúng nắm giữ quyền quyết định cách đọc trình tự đó .

Nhưng làm thế nào chính xác làm việc này?

Có hai cơ chế chính trong đó có thể gây ra sự ức chế hoặc kích hoạt gen, cơ chế đầu tiên là sửa đổi histone . Trong các tế bào của chúng ta, DNA hạt nhân được đóng gói chặt chẽ dưới dạng chất nhiễm sắc, được quấn quanh các protein giống như ống chỉ gọi là histone .

Khi các histone 'cuộn' chặt chẽ hoặc trở nên gắn chặt với nhau, các protein phiên mã hoặc 'đọc' gen sẽ gặp khó khăn khi truy cập DNA. Điều này dẫn đến gen cụ thể đó bị bất hoạt . Mặt khác, khi các histone 'không được sắp xếp' hoặc trở nên lỏng lẻo, các protein 'đọc' gen có thể dễ dàng tiếp cận DNA; do đó, kích hoạt nó.

Một cách khác để điều chỉnh biểu hiện gen là thông qua một quá trình gọi là quá trình methyl hóa DNA .

Quá trình methyl hóa DNA hoạt động bằng cách thêm một nhóm methyl (CH₃) vào nucleotide cytosine của DNA, sau đó nhóm này sẽ ức chế quá trình phiên mã của gen đó. Nói cách khác, các nhóm methyl này làm nổi bật một số vùng nhất định trong DNA của bạn và cho biết chúng có được kích hoạt hay không.

Các kiểu kích hoạt/bất hoạt gen này tạo thành các dấu histone , đại diện cho thông tin biểu sinh trong các tế bào của chúng ta. Điều làm cho điều này trở nên quan trọng là nó cho tế bào biết loại tế bào nào. Đó là thứ cho phép tế bào da trở thành tế bào da và tế bào gan trở thành tế bào gan.

Nhưng làm thế nào điều này liên quan đến lão hóa?

Lý thuyết thông tin về lão hóa

Lý thuyết thông tin về lão hóa được phát triển bởi David Sinclair, AO, Ph.D., ngụ ý rằng việc mất thông tin biểu sinh là nguyên nhân chính gây ra lão hóa.

Mỗi ngày có hàng nghìn tỷ sợi DNA kép đứt gãy trong cơ thể chúng ta. Những vết nứt này xảy ra do bức xạ tự nhiên, phản ứng hóa học trong tế bào và đôi khi trong quá trình phân chia tế bào. Nhưng vì những sự cố này xảy ra khá thường xuyên, nên các tế bào của chúng ta đã chuẩn bị tốt cho chúng và thực hiện đầy đủ công việc sửa chữa.

Tuy nhiên, giống như nhiều quá trình tự nhiên, đôi khi mọi thứ diễn ra không như ý muốn. Trong nỗ lực để các tế bào của chúng ta gắn các nhiễm sắc thể lại với nhau và thiết lập lại cấu trúc của bộ gen biểu sinh, có những lúc chúng không làm được như vậy. Histones không được đưa trở lại đúng nơi và quá trình methyl hóa DNA xảy ra ở những nơi không nên. Sự gián đoạn biểu hiện gen này còn được gọi là tiếng ồn biểu sinh .

Sự tích tụ của tiếng ồn biểu sinh khiến các tế bào mất thông tin biểu sinh và quên mất loại tế bào mà chúng được cho là. Nói cách khác, họ đánh mất bản sắc của mình .

Khi một hoặc hai tế bào của chúng ta bị ảnh hưởng bởi điều này, chúng ta sẽ khó nhận ra. Nhưng khi ngày càng nhiều tế bào mất đi bản sắc của chúng, chúng ta sẽ bắt đầu nhận thấy sự suy giảm sức khỏe của mình. Chúng ta phát triển các triệu chứng lão hóa và chúng ta trở nên dễ mắc các bệnh như Alzheimer hoặc ung thư.

Nhìn sâu hơn vào quá trình Methyl hóa DNA & Đồng hồ biểu sinh

Như đã giải thích trước đây, quá trình methyl hóa DNA là một cách khác để điều chỉnh biểu hiện gen. Đó là một cơ chế biểu sinh liên quan đến việc chuyển một nhóm methyl (CH₃) đến vị trí CpG (các phần của bộ gen nơi các nucleotide cytosine được theo sau bởi các nucleotide guanine). Khi các nhóm methyl liên kết với nucleotide của cytosine, chúng tạo thành 5-methylcytosine (dạng methyl hóa của cytosine).

Khi các nucleotide cytosine bị methyl hóa, quá trình phiên mã gen bị ức chế sâu sắc, ngăn không cho DNA được phiên mã thành RNA. Làm như vậy một cách có kiểm soát là điều giúp phân biệt một số loại tế bào nhất định một cách tự nhiên và phân biệt các thuộc tính độc đáo của chúng.

Tuy nhiên, những thay đổi trong các kiểu methyl hóa này được phát hiện là có liên quan trực tiếp đến quá trình lão hóa. Nói chung, những thay đổi này bao gồm hypermethylation cục bộ và hypomethylation toàn cầu , cả hai đều là dấu hiệu biểu sinh điển hình của tuổi già (thuật ngữ sinh học cho sự lão hóa).

Sử dụng những mô hình thay đổi trong quá trình methyl hóa này, chúng tôi có thể phát triển đồng hồ sinh học dự đoán quá trình lão hóa. Một trong số đó được gọi là “ Đồng hồ Horvath .” Được đặt tên theo Tiến sĩ Steve Horvath, chiếc đồng hồ này xác định tuổi sinh học của một sinh vật dựa trên mức độ methyl hóa DNA.

Chúng tôi có thể đọc những đồng hồ sinh học này và cho bạn biết bạn thực sự bao nhiêu tuổi . Về mặt thời gian, bạn có thể 40. Nhưng về mặt sinh học , bạn có thể 50.

Trên thực tế, chúng tôi có thể sử dụng các tốc độ và mô hình methyl hóa này và chúng tôi có thể xác định khả năng phát triển các bệnh nan y và thậm chí dự đoán khi nào bạn sẽ chết .

Nhưng câu hỏi thực sự là, chúng ta có thể làm chậm quá trình này lại không? Hay thậm chí tốt hơn, chúng ta có thể thiết lập lại hệ thống, cấu trúc biểu sinh, để các tế bào của chúng ta có thể hoạt động theo cách chúng đã từng làm không?

Tái lập trình biểu sinh

Có một số cách mà chúng ta có thể làm trẻ hóa cơ thể và kéo dài tuổi thọ của mình: hạn chế calo, nhịn ăn gián đoạn, bổ sung NAD hoặc thậm chí dùng chất chống lão hóa để loại bỏ các tế bào lão hóa. Đây là tất cả những cách mà chúng ta có thể làm chậm tốc độ lão hóa.

Nhưng làm thế nào chúng ta có thể đảo ngược quá trình lão hóa?

Đầu tiên, chúng ta phải phát triển sự hiểu biết về các yếu tố Yamanaka . Các yếu tố Yamanaka (còn được gọi là gen OSKM) là bốn gen rất quan trọng để sản xuất tế bào gốc đa năng (tế bào có khả năng phát triển thành bất kỳ loại tế bào nào) từ tế bào sinh dưỡng . Nói cách khác, những yếu tố này có thể biến tế bào trưởng thành thành tế bào gốc khi chúng được biểu hiện quá mức. Và nó thực hiện điều này bằng cách loại bỏ bất kỳ quá trình methyl hóa nào trong tế bào.

Vào năm 2020, một bài báo đã được phát hành từ Phòng thí nghiệm Sinclair tại Trường Y Harvard, báo cáo rằng mắt của một con chuột đã được lập trình lại về mặt di truyền . Nhưng thay vì sử dụng cả bốn nhân tố Yamanaka, nhóm chỉ sử dụng ba nhân tố : Oct4 , Sox2 và Klf4 . Điều này cho phép tế bào thần kinh thị giác khôi phục các kiểu methyl hóa DNA trẻ trung của nó đồng thời ngăn không cho tế bào tái thiết lập hoàn toàn thành tế bào gốc. Nói cách khác, các tế bào thần kinh đã bị đảo ngược tuổi sinh học, nhưng vẫn giữ nguyên bản sắc tế bào của chúng.

Với khám phá mang tính đột phá này, nhóm nghiên cứu không chỉ chứng minh rằng việc kéo dài tuổi thọ sức khỏe của chúng ta là có thể, mà họ còn chứng minh rằng việc đảo ngược quá trình lão hóa là có thể. Và bao nhiêu lần chúng ta có thể làm điều này? Có lẽ là hai lần. Hoặc có thể là hai trăm lần. Ai biết?

Nơi chúng ta đang hướng tới tiếp theo

Chúng ta thường chấp nhận lão hóa là một quá trình xảy ra tự nhiên và chúng ta không thể làm bất cứ điều gì về nó. Nhưng nếu bất cứ điều gì, lão hóa là một căn bệnh của riêng mình. Khi chúng ta già đi, cơ thể chúng ta mất khả năng chống lại bệnh tật do thông tin biểu sinh bị mất. Và vì điều này, chúng ta trở nên dễ mắc các bệnh thoái hóa khác như Alzheimer, Parkinson, loãng xương hoặc ung thư; đến tên một vài.

Trong thế giới hiện tại của chúng ta, chúng ta trải qua khoảng ba mươi năm để trải qua sự suy giảm sức khỏe và hai mươi năm qua mang bệnh tật cho đến khi cuối cùng dẫn đến cái chết.

Nhưng nếu đây không phải là trường hợp thì sao? Điều gì sẽ xảy ra nếu các triệu chứng lão hóa và bệnh tật theo sau đó là tất cả những điều chúng ta không phải lo lắng?

Có đáng để điều tra không? Nó thậm chí còn được coi là tự nhiên ?

Như một phản ứng đối với điều đó, không có gì con người làm ngày nay là hoàn toàn tự nhiên. Cố gắng trực tiếp ngăn chặn nguyên nhân gốc rễ của lão hóa không khác gì cấy ghép nội tạng hoặc điều trị ung thư bằng hóa trị. Chúng tôi đã phát triển theo thời gian để tìm hiểu và kiểm soát những thứ từng kiểm soát chúng tôi.

Mặc dù chúng ta còn rất xa mới có thể thiết lập lại từng tế bào trong số ~ 37 nghìn tỷ tế bào trong cơ thể mình, nhưng việc hình dung ra một thế giới nơi liệu pháp gen có thể được sử dụng để điều trị các bệnh liên quan đến tuổi tác là điều hoàn toàn có thể hình dung được. Với những bước đột phá đáng kinh ngạc như tái lập trình tế bào (đã được chứng minh ở chuột), lĩnh vực kéo dài tuổi thọ con người tiếp tục hướng tới một tương lai không bệnh tật.