Le cellule staminali neurali diminuiscono durante l'invecchiamento / Neural Stem Cells Decline During Aging
Le cellule staminali neurali diminuiscono durante l'invecchiamento / Neural Stem Cells Decline During Aging
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Age-related disorders can be the result of stem cell dysfunction. Identifying the mechanisms that compromise stem cell behavior could be harnessed as targets to restore function. New research elucidates factors that disrupt neural stem cell (NSC)—the stem cells of the nervous system—function in the hippocampus. It also demonstrated that those NSCs are vulnerable to cellular aging.
This work is published in Cell Stem Cell in the article, “Early stem cell aging in the mature brain.”
“There is chronological aging, and there is biological aging, and they are not the same thing,” said Michael Bonaguidi, PhD, an assistant professor of stem cell biology and regenerative medicine, gerontology, and biomedical engineering at the Keck School of Medicine of USC. “We’re interested in the biological aging of neural stem cells, which are particularly vulnerable to the ravages of time. This has implications for the normal cognitive decline that most of us experience as we grow older, as well as for dementia, Alzheimer’s disease, epilepsy, and brain injury.”
In the study, Albina Ibrayeva, a PhD candidate in the Bonaguidi Lab, joined her colleagues in looking at the brains of young, middle-aged, and old mice.
By tracing individual NSCs over the course of several months, they identified “short-term NSCs” that quickly differentiate into more specialized neurons, and “long-term NSCs” that continually divide and replicate themselves to maintain an ongoing reserve of stem cells with the ability to generate many different cell types in the brain. This key population of long-term NSCs divided less often and failed to maintain their numbers as the mice aged.
The scientists next examined thousands of genes in the long-term NSCs, which were dividing less often and had slipped into an inactive state known as quiescence. The gene activity of the quiescent NSCs varied greatly in young versus middle-aged animals. As expected, there were changes in genes that control how long-term NSCs divide, as well as generate new neurons and other brain cells. Remarkably, there were many important changes in gene activity related to biological aging at younger ages than anticipated. These pro-aging genes make it more difficult for cells to repair damage to their DNA, regulate their genetic activity, control inflammation, and handle other stresses.
Among the pro-aging genes, the scientists were most intrigued by Abl1, which formed the hub of a network of interrelated genes. “We were interested in the gene Abl1, because no one has ever studied its role in neural stem cell biology—whether in development or in aging,” said Ibrayeva.
Using an existing, FDA-approved chemotherapy drug called Imatinib, scientists could easily inhibit the activity of the gene Abl1. The scientists gave older mice doses of Imatinib for six days. After the drug blocked the activity of the gene Abl1, the NSCs began to divide more and proliferate in the hippocampus, the part of the brain responsible for learning and memory.
“We’ve succeeded in getting neural stem cells to divide more without depleting, and that’s step one,” said Bonaguidi. “Step two will be to induce these stem cells to make more neurons. Step three will be to demonstrate that these additional neurons actually improve learning and memory. Much work remains to be done, but this study marks exciting progress towards our goal of identifying prescription drugs that could rejuvenate our brains as we grow older.”
ITALIANO
I disturbi legati all'età possono essere il risultato di una disfunzione delle cellule staminali. L'identificazione dei meccanismi che compromettono il comportamento delle cellule staminali potrebbe essere sfruttata come obiettivi per ripristinare la funzione. Una nuova ricerca chiarisce i fattori che alterano la funzione delle cellule staminali neurali (NSC) - le cellule staminali del sistema nervoso - nell'ippocampo. Ha anche dimostrato che quelle NSC sono vulnerabili all'invecchiamento cellulare.
Questo lavoro è pubblicato su Cell Stem Cell nell'articolo " L'invecchiamento precoce delle cellule staminali nel cervello maturo".
"C'è l'invecchiamento cronologico e c'è l'invecchiamento biologico, e non sono la stessa cosa", ha detto Michael Bonaguidi, PhD, assistente professore di biologia delle cellule staminali e medicina rigenerativa, gerontologia ed ingegneria biomedica presso la Keck School of Medicine of USC. “Siamo interessati all'invecchiamento biologico delle cellule staminali neurali, che sono particolarmente vulnerabili ai danni del tempo. Ciò ha implicazioni per il normale declino cognitivo che la maggior parte di noi sperimenta quando invecchiamo, così come per la demenza, il morbo di Alzheimer, l'epilessia e le lesioni cerebrali ".
Nello studio, Albina Ibrayeva, dottoranda presso il Bonaguidi Lab, si è unita ai suoi colleghi nel guardare il cervello di topi giovani, di mezza età e vecchi.
Tracciando singole NSC nel corso di diversi mesi, hanno identificato "NSC a breve termine" che si differenziano rapidamente in neuroni più specializzati e "NSC a lungo termine" che si dividono e si replicano continuamente per mantenere una riserva continua di cellule staminali con la capacità di generare molti diversi tipi di cellule nel cervello. Questa popolazione chiave di NSC a lungo termine si è divisa meno spesso e non è riuscita a mantenere il proprio numero con l'invecchiamento dei topi.
Gli scienziati hanno quindi esaminato migliaia di geni nelle NSC a lungo termine, che si stavano dividendo meno spesso ed erano scivolati in uno stato inattivo noto come quiescenza. L'attività genica delle NSC quiescenti variava notevolmente negli animali giovani rispetto a quelli di mezza età. Come previsto, ci sono stati cambiamenti nei geni che controllano il modo in cui le NSC a lungo termine si dividono, oltre a generare nuovi neuroni ed altre cellule cerebrali. Sorprendentemente, ci sono stati molti cambiamenti importanti nell'attività genica correlata all'invecchiamento biologico in età più giovane del previsto. Questi geni favorevoli all'invecchiamento rendono più difficile per le cellule riparare i danni al loro DNA, regolare la loro attività genetica, controllare l'infiammazione e gestire altri stress.
Tra i geni favorevoli all'invecchiamento, gli scienziati sono stati più incuriositi da Abl1, che ha costituito il fulcro di una rete di geni correlati. "Eravamo interessati al gene Abl1, perché nessuno ha mai studiato il suo ruolo nella biologia delle cellule staminali neurali, sia nello sviluppo che nell'invecchiamento", ha detto Ibrayeva.
Utilizzando un farmaco chemioterapico esistente e approvato dalla FDA chiamato Imatinib, gli scienziati potrebbero facilmente inibire l'attività del gene Abl1. Gli scienziati hanno somministrato ai topi più anziani dosi di Imatinib per sei giorni. Dopo che il farmaco ha bloccato l'attività del gene Abl1, le NSC hanno iniziato a dividersi maggiormente ed a proliferare nell'ippocampo, la parte del cervello responsabile dell'apprendimento e della memoria.
"Siamo riusciti a far sì che le cellule staminali neurali si dividano di più senza esaurirsi, e questo è il primo passo", ha detto Bonaguidi. “Il secondo passo sarà indurre queste cellule staminali a produrre più neuroni. Il terzo passo sarà dimostrare che questi neuroni aggiuntivi migliorano effettivamente l'apprendimento e la memoria. Resta ancora molto lavoro da fare, ma questo studio segna progressi entusiasmanti verso il nostro obiettivo di identificare farmaci da prescrizione che potrebbero ringiovanire il nostro cervello quando invecchiamo ".
Da:
https://www.genengnews.com/news/neural-stem-cells-decline-during-aging/?utm_medium=newsletter&utm_source=GEN+Daily+News+Highlights&utm_content=01&utm_campaign=GEN+Daily+News+Highlights_20210414&oly_enc_id=2237J3762301I6G
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